[發明專利]用于酸性溶劑的滲透蒸發脫水的耐酸PBI膜

有效

• 申請號: 201380027431.0
• 申請日: 2013-04-24
• 公開（公告）號: CN104349834A
• 公開（公告）日: 2015-02-11
• 發明（設計）人: 王艷;邁克爾·格蘭德爾;鐘臺生
• 申請（專利權）人: PBI性能產品公司
• 主分類號: B01D71/62
• 分類號: B01D71/62;B01D61/36;B01D69/00
• 代理公司: 北京王景林知識產權代理事務所 11320
• 代理人: 王景林

發明領域

耐酸PBI膜用于經由基于膜的滲透蒸發使例如乙酸的酸性溶劑脫水。

發明背景

滲透蒸發是通過經由膜進行部分蒸發來分離液體混合物的過程。分離過程有兩步：首先，混合物的一個組分經由膜進行滲透離開混合物(脫離組分被稱為滲透物，且剩下的混合物被稱為滲余物或濃縮物)；第二步，滲透物蒸發離開膜。見Pervaporation,Wikipedia(3/10/2010)。

滲透蒸發膜的效力可通過膜的選擇性(表示為分離系數)和生產能力(表示為通量)來確定。通量是指滲透物從混合物向蒸氣流動或轉移的速率，并且表示成在單位時間內穿過單位面積的給定表面的滲透物的量。分離系數是指膜選擇性地去除一個混合物組分比去除混合物的其它組分多的能力。生產能力和選擇性是膜依賴性的。見Membrane?technology,1998-2009?Lenntech?Water?Treatment&Purification?Holding?B.V.,Delft,the?Netherlands(www.lenntech.com)。

美國專利公告No.2011/0266222公開了使用PBI選擇性滲透中空纖維通過滲透蒸發使有機液體(例如，乙二醇，EG)脫水的方法。中空纖維的PBI選擇性滲透層沒有經過化學改性以使其耐酸。

酸性溶劑的脫水是重要的商業化操作。基于生產量來說，乙酸是前50種化學品當中的一種酸性溶劑。目前，例如乙酸的酸性溶劑的脫水是通過二元蒸餾進行的。然而這種分離方法是困難的，因為乙酸和水具有非常接近的揮發度。如此，由于需要較多的回流和具有許多級的較大蒸餾塔，因此需要較多的能量以獲得純度高于95重量％的乙酸。鑒于蒸餾有這些缺點，研究重點已放在乙酸的滲透蒸發脫水上面。更具體來說，研究已集中在開發能得到合理的通量并具有良好分離系數的膜上面。在滲透蒸發脫水中，相當數目的滲透蒸發脫水膜是由交聯的聚乙烯醇(PVA)、殼聚糖和乙酸纖維素制成的。

因此，需要開發新的更好的滲透蒸發膜，特別是用于脫水及諸如乙酸的酸性溶劑脫水的滲透蒸發膜。

發明內容

滲透蒸發膜可以是耐酸的聚苯并咪唑(PBI)膜。耐酸PBI膜可以是通過選自磺化、磷酸化、交聯、N-取代和/或其組合的方法化學改性的PBI膜。膜可以是熱穩定化的。酸物質脫水的方法可包括以下步驟：使酸性水溶液與耐酸聚苯并咪唑的膜接觸；帶走富含水的滲透物流；并帶走富含酸的濃縮物流。酸性水溶液可以是乙酸。

附圖說明

為例示本發明的目的，附圖中顯示了本發明優選的形式；然而要理解的是，本發明不限于所示的精確布置和機構。

圖1是代表性聚苯并咪唑(PBI)分子的示意圖。

圖2是將本發明已知的用于使乙酸脫水的滲透蒸發膜在各種溫度下的分離系數和通量進行比較的圖表。

對本發明的說明

在膜分離過程中，注入流被分離成被稱為滲透物和濃縮物(或滲余物)的兩個流出流。滲透物是注入流穿過半滲透膜的部分，而濃縮物流含有已經被膜排斥的成分。這種分離可以在膜接觸器中進行，其中使注入流與膜接觸，滲透物和濃縮物被帶離接觸器。膜可以是平膜、多層平膜(例如，雙層膜)、中空纖維膜、多層中空纖維膜(例如，雙層膜)或管式的。在多層中空纖維及管式膜中，一層是在分離中使用的膜，另一層膜可以是支撐膜。

在本發明的膜分離過程中，耐酸聚苯并咪唑(PBI)膜可用于使酸性溶劑脫水。酸性溶劑(或極性質子溶劑)可包括但不限于甲醇、乙醇、正丁醇、異丙醇、正丙醇、乙酸、甲酸、氫氟酸和氨。在一個實施方案中，酸性溶劑可以是乙酸。

聚苯并咪唑(PBI)可以是任何的PBI。PBI也指PBI與其它聚合物的共混物、PBI的共聚物以及它們的組合。在一個實施方案中，PBI組分是主要(即，至少50重量％)組分。PBI分子的代表性(非限制性)圖示在圖1中給出。PBI還指例如四胺(芳族和雜芳族四氨基化合物)和選自以下的第二單體的熔融聚合的產物：游離二羧酸、二羧酸的烷基和/或芳族酯、芳族或雜環二羧酸的烷基和/或芳族酯，和/或芳族或雜環二羧酸的烷基和/或芳族酸酐。進一步的細節可獲自第Re26065；4506068；4814530號美國專利；和第2007/0151926號美國專利公告，上述各文獻以引用的方式并入本文。PBI可商購自北卡羅來納州夏洛特的PBI?Performance?Products,Inc。