CN108905642A - 一种优先脱水的木素磺酸钠/海藻酸钠共混渗透汽化膜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于分离乙醇水体系的渗透汽化膜，包括以下步骤：1)取一定质量的木素磺酸钠，海藻酸钠和水，搅拌均匀,得共混制膜液；2)然后将制膜液依次进行过滤、脱泡、静置后，进行刮膜处理，得湿膜；3)接着将湿膜在室温下干燥，待溶剂全部挥发后；再放入氯化钙溶液中进行交联，交联后在室温下彻底干燥，即得到渗透汽化膜。本发明的优点是利用木素磺酸钠的高亲水性和大分子结构，从而得到高的膜通量和分离因子。采用本发明方法制备的渗透汽化膜具有良好的分离性能。

Description

一种优先脱水的木素磺酸钠/海藻酸钠共混渗透汽化膜

技术领域：

本发明涉及一种含木素磺酸钠的海藻酸钠渗透汽化膜的制备方法，特别是针对醇-水体系优先脱水浓缩乙醇的渗透汽化膜的制备方法。

背景技术：

目前随着石油价格的不断高涨，世界范围内开始进行大规模的开发生物燃料。生物燃料是目前进入市场且可替代石油燃料的大宗可再生能源；因此，作为石油添加剂的生物酒精(乙醇)是石油替代的首善之久。

使用人类不能食用的秸秆、草皮和树皮等纤维素生产乙醇成为生物质能源领域的研究热点。研究人员通过使用特定的酶将纤维素进行分解获得简单的糖类物质，再把这些糖类物质转化成能量使用。纤维素在自然界是大量存在的，通过纤维素所获的乙醇是非常洁净的，可以和汽油一样作为燃料。

膜技术的发展为提高连续发酵过程的性能提供了一系列有效而简便的方法。其中，渗透汽化膜技术正在开发应用中的膜技术之一，它主要用于有机物-水、有机物-有机物的分离，可取代某些高耗能的精馏技术的膜分离过程。

渗透汽化是利用致密高聚物膜对液体混合物中组分的溶解扩散性能不同来实现其分离的一种膜过程。有机混合物原料液经加热器加热到一定温度后，在常压下送入膜分离器与膜接触，在膜的下游侧用抽真空或载气吹扫的方法维持低压。这样，渗透物组分在膜两侧的蒸汽分压差(或化学位梯度)的作用下透过膜，并在膜的下游侧汽化，被冷凝成液体而除去不能透过膜的截留物流出膜分离器。它的特点有：高效，选择合适的膜单级就能实现很高的分离度；低能耗，一般比恒沸蒸馏法节能1/2～2/3；过程简单，附加的处理少，造作方便；过程不引入其他试剂，产品和环境不会受到污染；便于放大及与其他过程耦合和集成。目前发酵液中的乙醇分离浓缩主要采用蒸馏、萃取、吸附、超滤、反渗透等方法，与上述方法相比，渗透汽化膜分离法具有一次性分离程度高、过程简单、能耗低、无污染等特点。

木素磺酸钠是一种高分子聚合物，阴离子型表面活性剂。具有很强的分散能力，适于将固体分散在水介质中。由于分子量和官能团的不同而具有不同程度的分散性，能吸附在各种固体质点表面上，可进行金属离子交换作用，也因为其组织结构上存在各种活性基，因而能产生缩合作用或与其他化合化合物发生氢键作用。水溶液化学稳定性好，可进行生物降解，且不溶于乙醇、丙酮及普通的有机溶剂，故将其应用于渗透汽化脱水，以提高膜的分离性能。

本发明通过共混添加法制备了一种用于醇水分离的渗透汽化膜。选用天然多糖海藻酸钠作为主体制膜液，海藻酸钠具有良好的成膜性和较好的亲水性，是一种常用的渗透汽化脱水材料，在其中加入一定量的木素磺酸钠，制备了一种分离性能较优的渗透汽化膜。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是提供一种用于醇水体系的渗透汽化膜的制备方法，采用该种方法制备的渗透汽化膜具有分离性能高的特点。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于分离醇水体系的渗透汽化膜的制备方法，包括以下步骤：

1)制膜液的配置；将海藻酸钠溶于水中恒温搅拌至完全溶解配置0.03g/ml的海藻酸钠溶液，将木素磺酸钠按一定比例分散于海藻酸钠溶液，经超声和搅拌使其分散均匀，所得制膜液静置过夜以除去气泡；

2)然后将静置好的制膜液均匀地倾倒在干燥、洁净、光滑的聚丙烯腈超滤底膜上，用刮膜刀刮成厚度为250μm的湿膜，在室温下干燥；

3)接着将干燥好的膜再放入0.5mol/L氯化钙溶液中进行交联10分钟，交联后将膜水洗，在室温下彻底干燥，即得到渗透汽化膜。

作为本发明的用于分离醇水体系的渗透汽化膜的制备方法的进一步改进：在铸膜液中添加的木素磺酸钠与海藻酸钠的质量百分比为3％～10％。

本发明方法简单可行，易于操作，所制备的渗透汽化膜是一种复合膜，其具有完美的渗透汽化膜的结构，对醇类有机物有较好的选择性；且化学性能稳定，疏水性强，长期使用分离性能仍可保持稳定；因此应用于工业化生产前景可观。本发明采用价格低廉的原料进行生产，故能降低产品的成本，使其具有很强的市场竞争力。利用本发明的渗透汽化膜从发酵液中浓缩乙醇，具有浓缩乙醇，具有高效、低能耗的优点，能充分响应国家节能减排的号召。

具体实施方法：

对比例：

海藻酸钠渗透汽化膜：

1)制膜液的配置，将1.2g海藻酸钠溶与40ml水中恒温搅拌至完全溶解，所得制膜液静置过夜以除去气泡；

2)然后将静置好的制膜液均匀地倾倒在干燥、洁净、光滑的基板上，在聚丙烯腈超滤膜底膜上用刮膜刀进行刮膜处理，得厚度为250μm的模胚，在室温下完全干燥；

3)接着将干燥好的膜再放入0.5mol/L的氯化钙溶液中进行交联10分钟，交联后将膜水洗，在室温下完全干燥，即得到渗透汽化膜。

将上述渗透汽化膜用于分离乙醇-水体系，具体操作如下：

将制成的渗透汽化膜装入渗透汽化装置的渗透池中，在料液瓶内加入90％的乙醇水溶液，加热，使料液温度维持在70℃，膜下游真空度控制在180Pa。收集瓶放入液氮中冷冻，打开真空泵，乙醇蒸汽被冷凝收集，通过称量收集瓶中质量以及用气相色谱分析透过液中乙醇的浓度，从而获得该渗透汽化膜分离乙醇-水体系的渗透通量和分离因子，结果如表1。

实施例1-3：

木素磺酸钠添加海藻酸钠膜：称取1.2g海藻酸钠溶与40ml水中恒温搅拌至完全溶解,将木素磺酸钠分散于海藻酸钠溶液，木素磺酸钠与海藻酸钠的质量百分比为3％～10％，搅拌使其分散均匀，所得制膜液静置过夜以除去气泡。其他制膜步骤与对比例相同。分离性能见表1，渗透通量和分离因子均随木素磺酸钠的含量增加而升高，可见加入木素磺酸钠，可改善膜的分离性能。

表1 SA膜和LS/SA复合膜分离乙醇-水体系的渗透通量和分离因子

Claims (2)

1.一种优先脱水的木素磺酸钠/海藻酸钠共混渗透汽化膜的制备方法，其特征是包括以下步骤：

1)制膜液的配置，将海藻酸钠溶于水中恒温搅拌至完全溶解配置0.03g/ml的海藻酸钠溶液，将木素磺酸钠按一定比例分散于海藻酸钠溶液，经超声和搅拌使木素磺酸钠分散均匀，所得制膜液静置过夜以除去气泡；

2)然后将静置好的制膜液均匀地倾倒在干燥、洁净、光滑的聚丙烯腈超滤底膜上，用刮膜刀刮成厚度为250μm的湿膜，在室温下干燥；

3)接着将干燥好的膜再放入0.5mol/L氯化钙溶液中进行交联10分钟，交联后将膜水洗，在室温下彻底干燥，即得到渗透汽化膜。

2.根据权利要求1所述的用于分离乙醇水体系的渗透汽化膜的制备方法，其特征是：添加的木素磺酸钠与海藻酸钠的质量百分比为3％～10％。