[發(fā)明專利]聚二甲基硅氧烷-碳納米管復(fù)合膜的制備方法、其復(fù)合膜及分離純化丁醇的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410137234.0
• 申請日: 2014-04-04
• 公開（公告）號: CN103877874A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 薛闖;杜廣慶;陳麗杰;白鳳武
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學
• 主分類號: B01D71/70
• 分類號: B01D71/70;B01D69/12;B01D67/00;C07C31/12;C07C29/76
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 趙淑梅;李馨

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及聚二甲基硅氧烷-碳納米管復(fù)合膜的方法，其制備得到的復(fù)合膜，以及應(yīng)用復(fù)合膜分離純化丁醇的方法，屬于化學工程領(lǐng)域。

背景技術(shù)

丁醇是一種重要的化工原料，并且有望成為新一代的生物燃料。由于石油資源的嚴重緊缺，以石油為原料的化學法生產(chǎn)丁醇受到限制，通過微生物發(fā)酵法生產(chǎn)丁醇作為一種可持續(xù)的丁醇生產(chǎn)方式，受到廣泛的關(guān)注（Ni,Y.,Sun,Z.H.,Recent?progress?on?industrial?fermentative?production?of?acetone-butanol-ethanol?by?Clostridium?acetobutylicum?in?China.Appl?Microbiol?Biotechnol.83(3):415-423,2009）。在丁醇發(fā)酵過程中，由于發(fā)酵產(chǎn)物丙酮和丁醇對發(fā)酵菌種具有毒性抑制作用，使得發(fā)酵終點的丁醇濃度通常不超過2.0%（w/v）,丙酮濃度不超過1.0%（w/v）（Papoutsakis,E.T.Engineering?solventogenic?clostridia.Curr?Opin?Biotechnol.19(5):420-429,2008）。由于丁醇的沸點（117.7℃）高于水的沸點。利用傳統(tǒng)的精餾或蒸餾分離低濃度的丁醇溶液，其分離成本極高，很難實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)（Matsumura,M.,Kataoka,H.,Sueki,M.,Araki,K.Energy?saving?effect?of?pervaporation?using?oleyl?alcohol?liquid?membrane?in?butanol?purification.Bioprocess?Eng.3:93-100,1988）。

分離耦合生物發(fā)酵技術(shù)廣泛的應(yīng)用于可揮發(fā)性產(chǎn)物的在線分離，在丁醇發(fā)酵過程中，通過液-液萃取、氣提、吸附等分離方法，可以在發(fā)酵過程中不斷移除發(fā)酵產(chǎn)物丙酮和丁醇，解除高濃度產(chǎn)物的毒性抑制，提高發(fā)酵效率。但是這些方法具有一定的局限性，用液液萃取和吸附技術(shù)原位分離丁醇，萃取劑和吸附劑與微生物細胞直接接觸，會對細胞產(chǎn)生毒害作用。氣提耦合發(fā)酵技術(shù)需要使用大量消泡劑，影響菌體的生長和代謝。

膜是具有選擇性分離功能的材料。利用膜的選擇可以實現(xiàn)料液的不同組分的分離、純化、濃縮，原則上適用于一切液體混合物的分離。利用膜進行物質(zhì)分離具有操作條件溫和、無相態(tài)變化、能耗低、選擇性高等優(yōu)點。

到目前為止，未見使用聚二甲基硅氧烷-碳納米管復(fù)合膜對丁醇進行分離純化的報道和相關(guān)專利。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的

聚二甲基硅氧烷-碳納米管復(fù)合膜的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

(1)制聚二甲基硅氧烷膜液：聚二甲基硅氧烷與交聯(lián)劑按質(zhì)量比10:1充分混

勻；

⑵向聚二甲基硅氧烷膜液中添加碳納米管和促溶劑，充分攪拌或超聲震蕩使碳納米管均勻分散在聚二甲基硅氧烷膜液中，將配置好的聚二甲基硅氧烷-碳納米管膜液均勻涂覆在光滑基質(zhì)上；然后將該復(fù)合膜恒溫干燥交聯(lián)成膜，恒溫干燥時間3-9h。

進一步地，所述碳納米管的添加量為聚二甲基硅氧烷膜液的1wt%-10wt%；所述促溶劑的添加量為聚二甲基硅氧烷質(zhì)量的1%-100%。

進一步地，所述交聯(lián)劑為含氫硅油，乙烯基硅油或甲基三甲氧基；所述促溶劑為正戊烷，正己烷或異辛烷。

進一步地，所述碳納米管的直徑為1-20nm，長度為1-20μm。

進一步地，所恒溫干燥在80-120℃下進行。

聚二甲基硅氧烷-碳納米管復(fù)合膜，由上述方法制備。

進一步地，所述復(fù)合膜的厚度為25-250μm。

一種聚二甲基硅氧烷-碳納米管復(fù)合膜分離純化丁醇的方法，用上述制備得到的復(fù)合膜分離純化丁醇溶液。

進一步地，所述丁醇溶液溫度設(shè)定為30-80℃，原料液的流速為0.5-2.2L/min，透過側(cè)壓力為0.8-80kPa。

進一步地，所述的丁醇溶液為含有丁醇水溶液、丙酮丁醇乙醇混合溶液或丁醇發(fā)酵液，所述丁醇溶液中丁醇濃度為5-80g/L。