CN114849498A - 一种新型渗透汽化膜制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型渗透汽化膜制备工艺，该膜结合有机膜的性能和无机膜的特殊功能，从而解决了工艺生产使用渗透汽化膜2大难点：(1)有机膜分离因子高，适合某些特殊体系分离，但是通量低；(2)无机膜通量大，但分离系数低；而该种新型的有机‑无机结合膜可以有效解决这些难点，同时具有相互的优点：分离系数好，通量高。
Description
技术领域
本发明属于有机体分离提纯技术领域，尤其涉及一种新型渗透汽化膜制备工艺。
背景技术
目前有机渗透汽化复合膜大多是使用聚丙烯腈、聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯的超滤、微滤膜作支撑体，通过涂覆法或者表面接枝法制得致密分离层，以提高膜的渗透通量和分离因子。最近几年，有学者尝试利用陶瓷膜作支撑体，用晶体生产法制备陶瓷基沸石渗透汽化复合膜，这种膜的制备工艺复杂，难以制备大面积、完整无缺陷的复合膜，因此我们想利用聚合物和陶瓷膜材料各自的优势，制备聚合物/陶瓷渗透汽化复合膜。
Flynn E.J.等[50]把粒径为1.8-2μm的SiO2掺入聚乙烯醇中，涂覆在聚丙烯腈无纺布的底膜上，制得有机/无机杂化渗透汽化膜，用于乙醇中微量水的脱除，SiO2的掺入提高了膜的分离选择性。Zhou H.L.等[52]把硅石用硅烷偶联剂改性后，掺入聚二甲基硅氧烷膜中，用于发酵液中乙醇的回收，正丁醇/水的分离因子可达到160。
陶瓷膜具有耐温性好，耐化学溶剂，机械强度高等优点，但是多通道陶瓷膜管需要在内表面进行改性，充填密度低。而管式陶瓷膜比较方便在膜外表面进行修饰改性，但是膜充填密度低。因此研究新型的陶瓷支撑膜，以解决多通道、管式陶瓷膜充填密度低的缺点。中空纤维膜是三种形式膜中充填密度最高的，但是中空纤维膜大多数是有机聚合物材料制备而成，用作超滤或者微滤。如果能把陶瓷原料制成中空纤维式的膜管，将可以大大提高膜的充填密度，也方便膜的修饰改性。
发明内容
本发明的目的在于提供新型膜材料，从而促进工艺技术进步，结合有机膜和无机膜性能优势研发出新型的复合膜，应用于特殊体系中分离提纯，从而实验工业上资源再次利用和节约能源。
本发明的技术方案是：一种新型渗透汽化膜制备工艺，具体是关于TPU/Al2O3复合膜制备工艺，主要包括以下步骤：
第一步：氧化铝中空纤维膜胚制备：以一定比例的PAN/DMAc溶液作为溶剂，加入纳米级氧化铝，控制温度、搅拌速度、真空脱泡时间得到铸膜液中，铸膜液再经过纺丝机制备成湿态的中空纤维膜胚；控制氧化铝：PAN：DMAC＝1:2.08:3得到铸膜液，再采用中空纺丝工艺得到中空纤维膜胚；
第二步：中空纤维膜管制备：通过(1)中得到中空纤维膜胚放入石英管在程序升温炉烧结，控制一定的烧结工艺程序后得到陶瓷结构的中空纤维膜管；烧制过程及每段烧制工艺的作用如下：a.100℃，保温lh，除去中空纤维膜坯内残留的水分与溶剂；b.500-600℃，烧结2h，使中空纤维膜坯中的PAN受热分解，在膜体内部形成孔结构；c.1600℃，保温4h，使A1203颗粒部分熔融，颗粒间发生固相反应，粘结成块，得到A12O3中空纤维膜；d.自然冷却，待炉膛内温度降至室温后，得到Al2O3中空纤维膜样品。
第三步：TPU/Al2O3复合膜制备：采用(2)中得到中空纤维膜管，在其膜管表层涂覆TPU膜层，控制涂覆的合度和固化条件，TPU制膜液均匀地在氧化铝中空纤维膜管上涂覆，涂覆的次数10-12次，固化采用恒温40℃紫外光固化48小时，得到TPU/Al2O3复合膜；
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明采用湿法纺丝工艺、相转换原理、陶瓷烧结工艺和涂覆光固化等技术合成得到TPU/Al2O3复合膜，该复合膜结构稳定，同时具有有机膜和无机膜特性(高强度、耐污染、通量大，分子因子高)。
2、本发明制备得到TPU/Al2O3复合膜解决了在细分行业中溶剂与水体系的分离过程的难点，从而实现溶剂与水的高度分离和能耗的节能最大化。
(1)采用TPU/Al2O3复合膜针对乙酸乙酯与水体系的分离有最佳效果：在料液温度40℃，乙酸乙酯质量分数为80wt％时，复合膜的渗透通量最高可达1080g·m-2·h-1，分离因子最高可达15.8。
附图说明
图1为本发明中TPU/Al2O3复合膜结构图，
图2是渗透汽化过程图。
具体实施方式
实施例1
采用TPU/Al2O3复合膜制备膜组件，按图2安装设备装置进行乙酸乙酯回收实验。其中图2安装设备装置中包括：磁力加热搅拌器1、料液罐2、蠕动泵3、渗透汽化膜组件4、压力表5、三通阀6、U型收集管7、冷凝管8、真空泵9，冷凝管8中装有液氮。在料液罐2中加入1000ml 80wt％乙酸乙酯溶液，开启实验，经过45分钟检查以下结论：乙酸乙酯回收实验表明，当料液温度为30℃时，乙酸乙酯浓度为80wt％时，复合膜的渗透通量最高可达1010g·m-2·h-1，分离因子最高可达10.3。当乙酸乙酯浓度为85wt％时，渗透通量最高为1080g·m-2·h-1，分离因子到达最高为15.8，提高料液温度，有利于提高渗透通量和分离因子。
实施例2
采用TPU/Al2O3复合膜制备膜组件，按图2安装设备装置进行乙酸乙酯回收实验。其中图2安装设备装置中包括：磁力加热搅拌器1、料液罐2、蠕动泵3、渗透汽化膜组件4、压力表5、三通阀6、U型收集管7、冷凝管8、真空泵9，冷凝管8中装有液氮。在料液罐2中加入1000ml 85wt％乙酸乙酯溶液，开启实验，经过45分钟检查以下结论：乙酸乙酯回收实验表明，当料液温度为30℃时，当乙酸乙酯浓度为85wt％时，渗透通量最高为1080g·m-2·h-1，分离因子到达最高为15.8，提高料液温度，有利于提高渗透通量和分离因子。
Claims (4)
1.一种新型渗透汽化膜制备工艺，其特征在于，主要包括以下步骤：
(1)氧化铝中空纤维膜胚制备：以一定比例的PAN/DMAc溶液作为溶剂，加入纳米级氧化铝，控制温度、搅拌速度、真空脱泡时间得到铸膜液中，铸膜液再经过纺丝机制备成湿态的中空纤维膜胚；
(2)中空纤维膜管制备：通过(1)中得到中空纤维膜胚放入石英管在程序升温炉烧结，控制一定的烧结工艺程序后得到陶瓷结构的中空纤维膜管；
(3)TPU/Al2O3复合膜制备：采用(2)中得到中空纤维膜管，在其膜管表层涂覆TPU膜层，控制涂覆的合度和固化条件，从而得到TPU/Al2O3复合膜。
2.根据权利要求1所述的新型渗透汽化膜制备工艺，其特征在于，所述的氧化铝中空纤维膜胚制备过程：控制氧化铝：PAN：DMAC＝1:2.08:3得到铸膜液，再采用中空纺丝工艺得到中空纤维膜胚。
3.根据权利要求1所述的新型渗透汽化膜制备工艺，其特征在于，所述的烧结工艺为：烧制过程及每段烧制工艺的作用如下：a.100℃，保温lh，除去中空纤维膜坯内残留的水分与溶剂；b.500-600℃，烧结2h，使中空纤维膜坯中的PAN受热分解，在膜体内部形成孔结构；c.1600℃，保温4h，使A1203颗粒部分熔融，颗粒间发生固相反应，粘结成块，得到A12O3中空纤维膜；d.自然冷却，待炉膛内温度降至室温后，得到Al2O3中空纤维膜样品。
4.根据权利要求1所述的新型渗透汽化膜制备工艺，其特征在于，所述TPU/Al2O3复合膜：TPU制膜液均匀地在氧化铝中空纤维膜管上涂覆，涂覆的次数10-12次，固化采用恒温40℃紫外光固化48小时，得到TPU/Al2O3复合膜。
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