CN110143851A - 一种利用膜分离技术纯化正丁醇的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用膜分离技术纯化正丁醇的方法，包括如下步骤：（1）配制聚偏氟乙烯膜液：按重量份计，将2‑8份聚偏氟乙烯、10‑15份交联剂、5‑10份聚醚酰亚胺充分混合，得到聚偏氟乙烯膜液；（2）制备聚偏氟乙烯‑碳纳米管复合膜：向所述聚偏氟乙烯膜液中加入碳纳米管和促溶剂，充分搅拌至混合均匀，所得混合液涂覆在基质上，恒温干燥，制得聚偏氟乙烯‑碳纳米管复合膜；（3）纯化正丁醇：使用所述聚偏氟乙烯‑碳纳米管复合膜分离纯化正丁醇。本方法在不增加设备投资和节省提纯能耗的前提下，有效提高了丁醇分离提纯效率，为目前以生物法生产丁醇和丙酮为主的液体生物燃料和生物基化学品的生产和分离提纯提供了进一步技术支持。

Description

一种利用膜分离技术纯化正丁醇的方法
技术领域
本发明涉及一种正丁醇的纯化方法，尤其涉及一种利用膜分离技术纯化正丁醇的方法。
背景技术
随着能源危机的加剧和日益严重的环境污染，对于清洁能源的开发日渐引起关注。正丁醇是一种重要的化工原料，且有望成为新一代的生物燃料，采用可再生的生物质发酵制备正丁醇受到越来越多的关注。正丁醇能够以很高的比例加入到汽油中，大大提高汽油的燃烧效率，同时正丁醇燃烧只会产生二氧化碳和水，不会对环境造成污染。由于发酵产物丁醇对发酵菌种具有毒性抑制作用，导致目前采用发酵法制备生物丁醇的效率不高，没有得到广泛的应用。目前采用传统蒸馏法方法分离丁醇，蒸馏法分离效率低下，且存在大量的燃料能耗，同时燃料燃烧时会造成额外的污染，很难实现工业化生产。
相比于蒸馏法，渗透汽化膜分离技术具有分离选择性好、能耗低、无污染的优点。将渗透汽化与发酵法连用，可以显著地提高正丁醇分离效率，而且不会对环境造成污染。专利CN103877874A公开了一种聚二甲基硅氧烷-碳纳米管复合膜的制备方法、其复合膜及分离纯化丁醇的方法，通过在聚二甲基硅氧烷中加入碳纳米管，虽然在一定程度上提高了分离丁醇过程中的渗透通量和分离因子，但是分离效率提升有限，且碳纳米管的成本较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对技术现状提供一种利用膜分离技术纯化正丁醇的方法，其工艺简单、质量稳定、产品纯度高。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种利用膜分离技术纯化正丁醇的方法，包括如下步骤：
（1）配制聚偏氟乙烯膜液：按重量份计，将2-8份聚偏氟乙烯、10-15份交联剂、5-10份聚醚酰亚胺充分混合，得到聚偏氟乙烯膜液；
（2）制备聚偏氟乙烯-碳纳米管复合膜：向所述聚偏氟乙烯膜液中加入碳纳米管和促溶剂，充分搅拌至混合均匀，所得混合液涂覆在基质上，恒温干燥，制得聚偏氟乙烯-碳纳米管复合膜；
（3）纯化正丁醇：使用所述聚偏氟乙烯-碳纳米管复合膜分离纯化正丁醇。
优选地，步骤（1）中，所述交联剂为二乙烯基苯。
优选地，步骤（2）中，按重量计，所述碳纳米管：促溶剂=1:0.5-3，聚偏氟乙烯：碳纳米管=1:0.5-2。
优选地，步骤（2）中，所述促溶剂为正戊烷，正己烷或异辛烷。
优选地，步骤（2）中，所述恒温干燥在60-80℃下进行，干燥5-10h。
优选地，步骤（2）中，所述基质为光滑的玻璃。
优选地，所述聚偏氟乙烯-碳纳米管复合膜的膜厚为50-150μm。
优选地，步骤（3）的操作为：将所述聚偏氟乙烯-碳纳米管复合膜置于膜池中纯化正丁醇，正丁醇溶液的温度为30-80℃，原料液的流速为1-3L/min，透过侧压力为10-60kPa。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明利用聚偏氟乙烯-碳纳米管复合膜与发酵过程耦合来分离纯化正丁醇，本纯化方法在不增加设备投资和节省提纯能耗的前提下，有效提高了丁醇分离提纯效率，为目前以生物法生产丁醇和丙酮为主的液体生物燃料和生物基化学品的生产和分离提纯提供了进一步技术支持。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
本实施例利用膜分离技术纯化正丁醇的方法，包括如下步骤：
（1）配制聚偏氟乙烯膜液：按重量份计，将2份聚偏氟乙烯、10份交联剂——二乙烯基苯、5份聚醚酰亚胺充分混合，得到聚偏氟乙烯膜液；
（2）制备聚偏氟乙烯-碳纳米管复合膜：向聚偏氟乙烯膜液中加入碳纳米管和促溶剂——正戊烷，按重量计，碳纳米管：促溶剂=1:0.5，聚偏氟乙烯：碳纳米管=1:0.5，充分搅拌至混合均匀，混合液涂覆在基质——光滑的玻璃板上，于60℃下恒温干燥10h，制得膜厚为50μm的聚偏氟乙烯-碳纳米管复合膜；
（3）纯化正丁醇：将聚偏氟乙烯-碳纳米管复合膜置于膜池中纯化正丁醇，正丁醇溶液的温度为30℃，原料液的流速为1L/min，透过侧压力为10kPa，待纯化的正丁醇溶液含量为99.5%。
本实施例制备的聚偏氟乙烯-碳纳米管复合膜的渗透通量为705g.m-2h-1，分离因子为13.5，纯化后的正丁醇纯度为99.9%。
实施例2
本实施例利用膜分离技术纯化正丁醇的方法，包括如下步骤：
（1）配制聚偏氟乙烯膜液：按重量份计，将8份聚偏氟乙烯、13份交联剂——二乙烯基苯、10份聚醚酰亚胺充分混合，得到聚偏氟乙烯膜液；
（2）制备聚偏氟乙烯-碳纳米管复合膜：向聚偏氟乙烯膜液中加入碳纳米管和促溶剂——正己烷，按重量计，碳纳米管：促溶剂=1:1.5，聚偏氟乙烯：碳纳米管=1:1，充分搅拌至混合均匀，混合液涂覆在基质——光滑的玻璃板上，于70℃下恒温干燥8h，制得膜厚为100μm的聚偏氟乙烯-碳纳米管复合膜；
（3）纯化正丁醇：将聚偏氟乙烯-碳纳米管复合膜置于膜池中纯化正丁醇，正丁醇溶液的温度为50℃，原料液的流速为2L/min，透过侧压力为30kPa，待纯化的正丁醇溶液含量为99.5%。
本实施例制备的聚偏氟乙烯-碳纳米管复合膜的渗透通量为830g.m-2h-1，分离因子为12，纯化后的正丁醇纯度为99.995%。
实施例3
本实施例利用膜分离技术纯化正丁醇的方法，包括如下步骤：
（1）配制聚偏氟乙烯膜液：按重量份计，将8份聚偏氟乙烯、13份交联剂——二乙烯基苯、10份聚醚酰亚胺充分混合，得到聚偏氟乙烯膜液；
（2）制备聚偏氟乙烯-碳纳米管复合膜：向聚偏氟乙烯膜液中加入碳纳米管和促溶剂——异辛烷，按重量计，碳纳米管：促溶剂=1:3，聚偏氟乙烯：碳纳米管=1:2，充分搅拌至混合均匀，混合液涂覆在基质——光滑的玻璃板上，于80℃下恒温干燥5h，制得膜厚为150μm的聚偏氟乙烯-碳纳米管复合膜；
（3）纯化正丁醇：将聚偏氟乙烯-碳纳米管复合膜置于膜池中纯化正丁醇，正丁醇溶液的温度为80℃，原料液的流速为3L/min，透过侧压力为60kPa，待纯化的正丁醇溶液含量为99.5%。
本实施例制备的聚偏氟乙烯-碳纳米管复合膜的渗透通量为800g.m-2h-1，分离因子为13，纯化后的正丁醇纯度为99.993%。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种利用膜分离技术纯化正丁醇的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）配制聚偏氟乙烯膜液：按重量份计，将2-8份聚偏氟乙烯、10-15份交联剂、5-10份聚醚酰亚胺充分混合，得到聚偏氟乙烯膜液；
（2）制备聚偏氟乙烯-碳纳米管复合膜：向所述聚偏氟乙烯膜液中加入碳纳米管和促溶剂，充分搅拌至混合均匀，所得混合液涂覆在基质上，恒温干燥，制得聚偏氟乙烯-碳纳米管复合膜；
（3）纯化正丁醇：使用所述聚偏氟乙烯-碳纳米管复合膜分离纯化正丁醇。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）中，所述交联剂为二乙烯基苯。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）中，按重量计，所述碳纳米管：促溶剂=1:0.5-3，聚偏氟乙烯：碳纳米管=1:0.5-2。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）中，所述促溶剂为正戊烷、正己烷或异辛烷。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）中，所述恒温干燥在60-80℃下进行，干燥5-10h。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）中，所述基质为光滑的玻璃。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述聚偏氟乙烯-碳纳米管复合膜的膜厚为50-150μm。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（3）的操作为：将所述聚偏氟乙烯-碳纳米管复合膜置于膜池中纯化正丁醇，正丁醇溶液的温度为30-80℃，原料液的流速为1-3L/min，透过侧压力为10-60kPa。
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