CN220003969U - 一种用于连续分离纯化MOFs的装置 - Google Patents
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- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
本实用新型涉及膜分离化学装置技术领域，具体涉及一种用于连续分离纯化MOFs的装置，其包括依次通过管道连接的MOFs材料合成系统、进液系统、排气或预干燥系统、过滤系统和收集系统，其中，所述过滤系统包括桶体和与桶体的开口相配合的盖体，桶体腔体内部设有中空PVDF纤维膜。该装置实现了MOFs在液相中宏量合成后对MOFs颗粒的原位高效和简便地分离提纯，为MOFs的高效批量生产提供了一种快速简捷的实用前处理装置及技术。
Description
技术领域
本实用新型涉及膜分离化学装置技术领域，具体涉及一种用于连续分离纯化MOFs的装置。
背景技术
近年来，在环境与能源领域比较热门的新兴材料——金属-有机骨架(MOFs)材料受到了广泛的关注和研究。MOFs材料具有超高的比表面积和周期性可调的多孔结构，在污染物吸附、荧光传感、催化、载药、气体储存与分离、样品前处理和超级电容器等领域具有较大的应用潜力。
为了扩宽MOFs材料的应用范围和规模，研究者致力于选择更加温和的制备方法大规模地对MOFs材料进行制备。然而，MOFs的合成方法通常在液相体系中进行，合成后的MOFs颗粒会分散在大体积的溶剂中，难以通过常规的装置及方法分离。使用传统的离心装置对其进行分离需要反复使用离心机和大量的离心管进行操作，该过程会耗费大量的时间。所分离出的MOFs颗粒也在不同的离心管内，后期仍需将其收集到一个容器中进行储存并存置于烘箱进行长时间的干燥。因此需要开发一种能够连续进液同时高效分离富集MOFs颗粒的装置，以提高MOFs在批量生产和应用时的效率，降低运行成本。
发明内容
本实用新型所解决的技术问题：现有技术中对MOFs材料的分离纯化装置存在步骤繁琐、耗时较长、运行成本较高及其自动化程度较低的技术问题，难以大规模对其分离纯化。
针对上述技术问题，本实用新型的目的在于提供了一种用于连续分离纯化MOFs的装置。
具体来说，本实用新型提供了如下技术方案：
第一方面，本实用新型提供了一种用于原位分离纯化MOFs材料的装置，其包括MOFs材料合成系统、进液系统、排气或预干燥系统、过滤系统和收集系统；
所述过滤系统包括桶体14和与桶体14的开口相配合的盖体13，所述桶体14腔体内部设有滤膜，所述滤膜为中空PVDF纤维膜15，中空PVDF纤维膜15固定在盖体13内部。
在一些实施方案中，所述中空纤维膜的孔径适用范围为0.01～0.1μm。
在一些实施方案中，所述合成系统包括搅拌装置1和反应装置2。
在一些实施方案中，所述搅拌装置1含有调节转速的装置。
在一些实施方案中，所述反应装置2设有出液口，出液口通过管道一3与进料泵4相连接。
在一些实施方案中，所述进液系统包括进料泵4；其中，管道一3分别连接反应装置2和进料泵4的进料口，进料泵4的出液口通过和止水球阀6管道二5连接，管道三7分别连接止水球阀6和三通阀11，管道五12分别连接三通阀11和盖体13的进液口。
在一些实施方案中，所述排气或预干燥系统包括鼓气泵8；其中，管道四9分别连接鼓气泵8和燃气球阀10，燃气球阀10与三通阀11连接。
在一些实施方案中，过滤系统包括盖体13，桶体14和中空PVDF纤维膜15；其中，所述盖体13设有进液口和出液口，所述出液口通过管道六16与蠕动泵17的进液口相连接。
在一些实施方案中，所述盖体13的进液口和出液口未连通，进液口直接连通的是桶体14内部的腔体和中空PVDF纤维膜15的外侧，而出液口直接连通的是中空PVDF纤维膜15内侧。
在一些实施方案中，所述收集系统包括蠕动泵17和收集装置18，所述蠕动泵17和收集装置18之间通过管道六16连接。
在一些实施方案中，所述MOFs材料合成系统、进液系统、排气或预干燥系统、过滤系统和收集系统依次通过管道进行连接；其中，所述管道一3、管道二5、管道三7、管道四9、管道五12和管道六16选用不锈钢管道或橡胶管道。
在一些实施方案中，所述的用于原位分离纯化MOFs材料的装置用于从不含有N,N-二甲基甲酰胺的MOFs浆液中回收MOFs颗粒。
本实用新型的有益效果：
(1)该装置具有高效富集回收MOFs颗粒的能力，在30min内对20L浆液中的MOFs的回收率可达90％。将附着在中空纤维膜上的MOFs颗粒可以通过预干燥系统在膜上预干燥后，在烘箱中短时间烘干后并通过震动的方式进行MOFs的快速脱除，即可使中空纤维膜得到再生，能够继续循环使用。该装置实现了MOFs在液相中宏量合成后对MOFs颗粒的原位高效和简便地分离提纯，为MOFs的高效批量生产提供了一种快速简捷的实用前处理技术。
(2)本实用新型提供的反应装置包括反应桶和搅拌器。将MIL-88A、ZIF-67或ZIF-8前驱体溶液加入该反应装置后，搅拌制备MIL-88A、ZIF-67或ZIF-8材料。该反应装置可以满足“即制即用”的需求，在合成系统中制备材料并直接原位回收，极大地减少了时间成本。
(3)本实用新型提供的排气或预干燥系统中包括一种大功率的鼓气泵，利用气压可以将含有MOFs材料的溶液过滤完成后，对含有中空PVDF纤维超滤膜的滤筒继续鼓气，吹干MOFs表面残留的挥发性溶剂，达到预干燥MOFs颗粒的效果。
附图说明
图1为本实用新型用于原位分离纯化MOFs材料的装置的示意图；
其中，1为搅拌装置，2为反应装置，3为管道一，4为进料泵；5为管道二；6为止水球阀；7为管道三；8为鼓气泵；9为管道四；10为燃气球阀；11为三通阀；12为管道五；13-15分别为盖体，桶体和中空PVDF纤维膜；16为管道六；17为蠕动泵；18收集装置。
图2为本实用新型实施例1用于原位分离纯化MOFs材料的装置的示意图；
其中，1为搅拌装置，2为反应装置，3为不锈钢连接管，4为进料泵；5为不锈钢连接管；6为止水球阀；7为不锈钢连接管；8为鼓气泵；9为不锈钢连接管；10为燃气球阀；11为三通阀；12为不锈钢连接管；13为盖体；14为桶体；15为中空PVDF纤维膜；16为橡胶连接管；17为蠕动泵；18为收集装置。
图3为本实用新型实施例1过滤系统中含MOFs浆液的流向示意图。
图4为本实用新型实施例1过滤系统拆解图。
图5为本实用新型应用例1-1中所回收的MIL-88A的粉末X射线衍射图和传统离心装置所回收的MIL-88A的粉末X射线衍射图对比。
图6为本实用新型应用例1-1中所回收的MIL-88A的扫描电镜图。
图7为本实用新型应用例1-2中所回收的ZIF-67的粉末X射线衍射图和传统离心装置所回收的ZIF-67的粉末X射线衍射图对比。
图8为本实用新型实施例1-2中所回收的ZIF-67的扫描电镜图。
图9为本实用新型应用例1-3中所回收的ZIF-8的粉末X射线衍射图和传统离心法所回收的ZIF-8的粉末X射线衍射图对比。
图10为本实用新型应用例1-3中所回收的ZIF-8的扫描电镜图。
图11为本实用新型应用例2中对MIL-88A、ZIF-8和ZIF-67的回收率柱状图。
具体实施方式
目前，金属-有机骨架材料受到了广泛的关注和研究。其中，MIL-88A的制备方法多样，通过室温搅拌法合成MIL-88A具有制备成本低、反应条件温和、材料生成速度快、溶剂环境友好性佳及可大规模宏量制备的优势而备受研究者的青睐。ZIF-67是一种以经典的钴基MOFs材料，其复合物与衍生物被广泛应用于吸附和高级氧化；ZIF-67同样能采用室温搅拌的方法合成，合成时间甚至可以缩短至3h之内。ZIF-8是一种经典的锌基MOFs材料，该材料具有吸附、催化、气体分离和杀菌等多种性能，目前可以使用电化学沉积法大规模地制备。然而，这几种合成方法均在液相体系中进行，合成后的MIL-88A、ZIF-67和ZIF-8颗粒会分散在大体积的溶剂中，使用传统的离心装置对其进行分离需要反复使用离心机和大量的离心管进行操作，该过程会耗费大量的时间。所分离出的MOFs材料分布在不同的离心管内，后期仍需耗费时间将其收集到一个容器中进行储存并存置于60℃烘箱长时间干燥。
基于上述技术问题，本实用新型提供了一种用于连续分离纯化MOFs的装置。所述装置包括MOFs材料合成系统、进液系统、排气或预干燥系统、过滤系统和收集系统。该装置适用于从不含DMF的MOFs浆液中回收MOFs颗粒。
优选地，所述合成系统设有搅拌装置1和反应装置2，其中，该反应装置2设有出液口，该出液口通过管道一3与进液系统中的进料泵4的进液口连接。
优选地，所述合成系统中的搅拌装置1含有调节转速的装置。
优选地，所述进液系统包括进料泵4，管道一3分别连接反应装置2的出液口和进料泵4的进料口，进料泵4的出液口和止水球阀6通过管道二5连接，管道三7分别连接止水球阀6和三通阀11，管道五12分别连接三通阀11和盖体13的进液口。
优选地，所述排气或预干燥系统包括鼓气泵8；其中，管道四9分别连接鼓气泵8和燃气球阀10，燃气球阀10与三通阀11连接。
优选地，过滤系统包括盖体13，桶体14和中空PVDF纤维膜15；其中，所述盖体13设有进液口和出液口，所述出液口通过管道六16与蠕动泵17的进液口相连接，所述盖体13的进液口和出液口未连通，进液口直接连通的是桶体14内部的腔体和中空PVDF纤维膜15的外侧，而出液口直接连通的是中空PVDF纤维膜15内侧。
本实用新型选择MIL-88A、ZIF-67和ZIF-8材料作为分离和富集的对象主要有以下几点原因：第一，MIL-88A、ZIF-67和ZIF-8可以大规模制备，且制备成本很低，利于使用中大型装置进行前处理；第二，MIL-88A、ZIF-67和ZIF-8目前是在环境修复领域被广泛使用的MOFs材料，通过推广该实用新型能够推动MIL-88、ZIF-67和ZIF-8的产业化生产并形成产业链；第三，在多种MOFs材料中，干燥后的MIL-88A、ZIF-67和ZIF-8更易从中空PVDF纤维膜上手工脱除，且脱除率极高，无需额外的洗涤剂或强大的外力作用；第四，合成三种MOFs所使用的溶剂和前驱体对管路和膜组件的腐蚀程度较小，且毒性相对较低，有利于装置的长期稳定运行，同时不会对操作人员的身体健康造成负面的影响。
本实用新型选择中空PVDF纤维膜作为分离和富集MIL-88A、ZIF-67和ZIF-8的主要滤网组件有以下几点原因：第一，PVDF材料在恶劣条件下的化学稳定性和机械稳定性很强，具有极高的耐久性；第二，所述中空PVDF纤维膜能够仅通过脱除MOFs的方式得以再生并循环使用；第三，中空PVDF纤维膜的比表面积很大，能够使大量的MOFs颗粒附着在其表面；第四，中空PVDF纤维膜的孔径比MIL-88A、ZIF-67和ZIF-8的粒径小，能够发挥高效截留这三种MOFs颗粒同时滤去其他杂质和液体的作用。
下面通过具体实施例来进一步说明实用新型所述用于原位分离纯化MOFs材料的装置。
实施例1
本实施例提供一种用于连续分离纯化MOFs材料的装置，如图2所示，所述用于原位分离纯化MOFs材料的装置包括MOFs材料合成系统、进液系统、排气或预干燥系统、过滤系统和收集系统。
其中，所述MOFs材料合成系统包括搅拌装置1和反应装置2，所述反应装置2设有出料口。所述进液系统包括进料泵4和止水球阀6，所述反应装置2的出料口与进料泵4的进料口通过不锈钢管道一3连接，进料泵4的出料口通过不锈钢管道二5与止水球阀6连接，止水球阀6通过不锈钢管道三7与三通阀11连接。所述排气或预干燥系统含有鼓气泵8和燃气球阀10，鼓气泵8通过不锈钢管9与燃气球阀10连接，燃气球阀10通过三通阀11分别连接于进液系统中的止水球阀6和过滤系统中的盖体13进液口。所述过滤系统包括桶体14和与桶体14的开口相配合的盖体13，所述过滤系统的盖体13设有进液口和出液口，所述桶体14腔体内部设有滤膜，所述滤膜为中空PVDF纤维膜15，中空PVDF纤维膜15固定在盖体13内部，所述中空纤维膜的孔径为0.01μm，所述桶体14腔体底部内凹，呈V型，使其与中空PVDF纤维膜15接触，所述盖体13的出液口与收集系统连接。所述收集系统包括蠕动泵17和收集装置18，所述蠕动泵17和收集装置18之间通过橡胶管道六16连接。
其中，过滤系统中液体的流向示意图如图3所示。盖体13的进液口和出液口未连通，进液口直接连通的是桶体14内部的腔体和中空PVDF纤维膜的外侧，而出液口直接连通的是中空PVDF纤维膜内侧。当鼓气泵8鼓气时，腔体内部的含MOFs材料的悬浮液必须经过中空PVDF纤维膜的截留，液体会从桶体14内部的腔体由中空PVDF纤维膜15的外侧表面进入，然后被过滤到中空PVDF纤维膜15的内侧，再经盖体13的出液口排出；而MOFs颗粒则被截留在中空PVDF纤维膜15的外侧，即保留在桶体14的腔体内部，并附着在中空PVDF纤维膜15的外侧表面。
其中，过滤系统拆解图如图4所示。该过滤装置分为3个部分：桶体14、盖体13和中空PVDF纤维膜15。中空PVDF纤维膜15是通过插口连接在盖体13下部的，然后再与桶体14进行组装。过滤系统的安装顺序从先到后依次为：先将中空PVDF纤维膜15插入盖体13下部，然后将带有中空PVDF纤维膜的盖体插入桶体14内部。中空PVDF纤维膜15的每一根纤维膜是U型的。
应用例1-1：原位分离纯化MIL-88A材料
称取72g六水合三氯化铁于烧杯中，量取并加入1L去离子水溶解；同时称取31g富马酸于烧杯2中，量取并加入1L无水乙醇溶解。将两个烧杯中的溶液进行混合，倒入反应装置2中，开启搅拌装置1，转速为1000rpm，搅拌48h后关闭搅拌装置1。
然后，先后开启4分双外丝止水球阀6和进料泵4，将含有MOFs材料的溶液从反应装置2中经过盖体13进料口进入到桶体14腔内，同时开启蠕动泵17，待反应装置2中液体即将转移完成时，在反应装置2中倒入2.5L乙醇，清洗管路与桶体14内富集的MIL-88A，待反应装置2中液体全部完成转移后，关闭4分双外丝止水球阀6和进料泵4。
先后开启4分双外丝燃气球阀10和鼓气泵8，通过压力将桶体14腔体中含有MOFs材料的溶液排至收集装置18(桶体14中的中空纤维膜15通过粒径筛分作用将MOFs颗粒截留在桶体14中，并在气压作用下使其附着在纤维膜15表面)，并且将中空纤维膜15上所截留的MIL-88A颗粒预干燥后，关闭4分双外丝燃气球阀10、蠕动泵17和鼓气泵8，拧开过滤系统盖体13，取出中空PVDF纤维膜15，将中空PVDF纤维膜15放入烘箱继续烘干6h，随后通过震动脱除并回收中空PVDF纤维膜15表面附着的MIL-88A颗粒，使用托盘天平记录所回收的MIL-88A颗粒质量m1，m1为200g。
为了计算该装置对MIL-88A的回收率，采用相同的条件合成MIL-88A，但使用传统离心装置对MIL-88A进行提纯，最终记录此法所回收的MIL-88A颗粒质量m2，m2为210g，回收率的计算公式为：η＝m1/m2×100％。
结果表明，本实用新型的装置对于MIL-88A的回收率可达相比传统离心装置的90％。使用本实用新型装置分离后的液体十分澄清，几乎不含MIL-88A颗粒，说明该装置能够实现MIL-88A固体颗粒与液体的有效分离。经过该装置回收提纯并干燥后的MIL-88A颗粒外观为较淡的红褐色，与传统离心法所回收的MIL-88A粉末的颜色一致。
材料结构表征：
采用X射线衍射分析和扫描电镜对所回收材料进行表征，测试结果如下：
X射线衍射分析结果如图5所示，MIL-88A衍射峰图与其CIF文件和相关参考文献(“Room-temperature preparation ofMIL-88A as a heterogeneous photo-Fentoncatalyst for degradation of rhodamine B and bisphenol a under visible light”,Huifen Fu等,Materials Research Bulletin,第125卷，第110806页)中的模拟图相同，表明利用该法所回收的MIL-88A具有良好的结晶度和纯度。
扫描电镜图分析如图6所示，可以观察到所回收的MIL-88A颗粒呈现大小均一的纺锤状形貌，尺寸在0.5～1.0μm范围内，与相关参考文献中的MIL-88A颗粒的形貌一致，说明使用该装置回收的MIL-88A的形貌和结构能够被很好地保留。
应用例1-2：原位分离纯化ZIF-67材料
称取54g六水合硝酸钴于烧杯1中，量取并加入1L去离子水溶解；同时称取10g 2-甲基咪唑于烧杯2中，量取并加入1L去离子水溶解。将两个烧杯中的溶液进行混合，倒入反应装置2中，开启搅拌装置1，转速为1000rpm，搅拌3h后关闭搅拌装置1。
然后先后开启4分双外丝止水球阀6和进料泵4，将含有ZIF-67材料的溶液从反应装置2中经过盖体13进料口进入到桶体14腔内，同时开启蠕动泵17，待反应装置2中液体即将转移完成时，在反应装置2中倒入2.5L去离子水，清洗管路与桶体14内富集的ZIF-67。待反应装置2中液体全部转移完成后，关闭4分双外丝止水球阀6和进料泵4。
先后开启4分双外丝燃气球阀10和鼓气泵8，通过压力将桶体14腔体中含有MOFs材料的溶液排至收集装置18(桶体14中的中空纤维膜15通过粒径筛分作用将MOFs颗粒截留在桶体14中，并在气压作用下使其附着在纤维膜15表面)，并且将中空纤维膜15上所截留的ZIF-67颗粒预干燥后，关闭4分双外丝燃气球阀10、蠕动泵17和鼓气泵8，拧开过滤系统盖体13，取出中空PVDF纤维膜15，将中空PVDF纤维膜15放入烘箱继续烘干6h，随后通过震动脱除并回收中空PVDF纤维膜15表面附着的ZIF-67颗粒，使用托盘天平记录所回收的ZIF-67颗粒质量m1，m1为180g。
为了计算该装置对ZIF-67的回收率，采用相同的条件合成ZIF-67，但使用传统离心法对ZIF-67进行提纯，最终记录此法所回收的ZIF-67颗粒质量m2，m2为200g，使用公式η＝m1/m2×100％计算回收率。
结果表明，该装置对于ZIF-67的回收率可达相比传统离心法的90％。使用该装置分离后的液体十分澄清，几乎不含ZIF-67颗粒，说明该装置能够实现ZIF-67固体颗粒与液体的有效分离。经过该装置回收提纯并干燥后的ZIF-67颗粒外观为紫色，与传统离心法所回收的ZIF-67粉末的颜色一致。
材料结构表征：
采用X射线衍射分析和扫描电镜对所回收材料进行表征，测试结果如下：
X射线衍射分析结果如图7所示，ZIF-67衍射峰图与其CIF文件和相关参考文献(“Efficient Removal of Organic Pollutants by Metal-organic Framework DerivedCo/C Yolk-Shell Nanoreactors:Size-Exclusion and Confinement Effect”,Zhang,M等,Environmental Science&Technology,第54卷,第16期,第10289-10300页)中的模拟图相同，表明利用该法所回收的ZIF-67具有良好的结晶度和纯度。
扫描电镜图分析如图8所示，可以观察到所回收的ZIF-67颗粒呈现大小均一的正十二面体形貌，尺寸在1.0～4.0μm范围内，与相关参考文献中的ZIF-67颗粒的形貌一致，说明使用该装置回收的ZIF-67的形貌和结构能够被很好地保留。
应用例1-3：原位分离纯化ZIF-8材料
将2L已经通过电化学沉积法(专利申请号：CN201621258739.3)合成后的ZIF-8浆液倒入反应装置2中，开启搅拌装置1，转速为1000rpm。待搅拌均匀后，关闭搅拌装置1。
然后先后开启4分双外丝止水球阀6和进料泵4，将含有ZIF-8材料的溶液从反应装置2中经过盖体13进料口进入到桶体14腔内，同时开启蠕动泵17，待反应装置2中液体即将转移完成时，在反应装置2中倒入2.5L乙醇，清洗管路与桶体14内富集的ZIF-8。待反应装置2中液体全部转移完成后，关闭4分双外丝止水球阀6和进料泵4。
先后开启4分双外丝燃气球阀10和鼓气泵8，通过压力将桶体14腔体中含有MOFs材料的溶液排至收集装置18(桶体14中的中空纤维膜15通过粒径筛分作用将MOFs颗粒截留在桶体14中，并在气压作用下使其附着在纤维膜15表面)，并且将中空纤维膜15上所截留的ZIF-8颗粒预干燥后，关闭4分双外丝燃气球阀10、蠕动泵17和鼓气泵8，拧开过滤系统盖体13，取出中空PVDF纤维膜15，将中空PVDF纤维膜15放入烘箱继续烘干6h，随后通过震动脱除并回收中空PVDF纤维膜15表面附着的ZIF-8颗粒，使用托盘天平记录所回收的ZIF-8颗粒质量m1，m1为200g。
为了计算该装置对ZIF-8的回收率，采用相同的条件合成ZIF-8，但使用传统离心法对ZIF-8进行提纯，最终记录此法所回收的ZIF-8颗粒质量m2，m2为220g，使用公式η＝m1/m2×100％计算回收率。
结果表明，该装置对于ZIF-8的回收率可达相比传统离心法的90％。使用该装置分离后的液体十分澄清，几乎不含ZIF-8颗粒，说明该装置能够实现ZIF-8固体颗粒与液体的有效分离。经过该装置回收提纯并干燥后的ZIF-8颗粒外观为灰白色，与传统离心法所回收的ZIF-8粉末的颜色一致。
材料结构表征：
采用X射线衍射分析和扫描电镜对所回收材料进行表征，测试结果如下：
X射线衍射分析结果如图9所示，ZIF-8衍射峰图与其CIF文件和相关参考文献(“Formation mechanism of rod-like ZIF-L and fast phase transformation fromZIF-L to ZIF-8with morphology changes controlled by polyvinylpyrrolidone andethanol”,Fu,HF等,CrystEngComm,第20卷,第11期,第1473-1477页)中的模拟图相同，表明利用该法所回收的ZIF-8具有良好的结晶度和纯度。
扫描电镜图分析如图10所示，可以观察到所回收的ZIF-8颗粒呈现大小均一的正十二面体形貌，尺寸在0.05～0.10μm范围内，与相关参考文献中的ZIF-8颗粒的形貌一致，说明使用该装置回收的ZIF-8的形貌和结构能够被很好地保留。
应用例2：循环使用性能
将应用例1-1中附着在中空纤维膜上的MIL-88A材料剥离之后，再将其重新安装于过滤系统的桶体14腔体中，重复实施例1-1的步骤，记录第2次的回收率。然后重复上述步骤，分别记录第3次、第4次和第5次的回收率。
将应用例1-2中附着在中空纤维膜上的ZIF-67材料剥离之后，再将其重新安装于过滤系统的桶体14腔体中，重复实施例1-1的步骤，记录第2次的回收率。然后重复上述步骤，分别记录第3次、第4次和第5次的回收率。
将应用例1-3中附着在中空纤维膜上的ZIF-8材料剥离之后，再将其重新安装于过滤系统的桶体14腔体中，重复实施例1-1的步骤，记录第2次的回收率。然后重复上述步骤，分别记录第3次、第4次和第5次的回收率。
该装置对于MIL-88A、ZIF-67和ZIF-8回收的循环性能如图11所示。经过5次对三种MOFs的富集和脱除循环，该装置对于MIL-88A、ZIF-67和ZIF-8的回收率相比传统离心法仍然能维持在80％以上，说明该装置中的中空PVDF纤维膜的性能能够在装置运行后得到有效再生。该装置中的耗材能够重复使用多次，具有商业应用前景。
应用例3：时间成本和运行成本
通过比较使用实施例1的装置与传统离心装置回收MOFs颗粒过程中各个设备的使用时间，计算每次回收所能节约的成本，以采用本实用新型分离纯化装置分离MIL-88A为例，如下表1和表2所示。
表1传统离心装置和本实用新型分离纯化装置对MOFs浆液的分离纯化时间对比
*离心机规格：8洞，每洞装50mL离心管，每次离心3500rpm，5min。
采用传统离心装置分离纯化MOFs材料的方法如下：将2L含有MIL-88A材料的浆液各取50mL放在8个离心管内，3500rpm，5min，离心结束后，倒掉上清液，再在含有沉淀的离心管内加入新的待分离液体，重复上述离心操作至MIL-88A材料分离完成。在含有沉淀的离心管内加入水，使其均匀分散在水中，3500rpm，5min，洗涤2次；再在含有沉淀的离心管内加入乙醇，使其均匀分散在乙醇中，3500rpm，5min，洗涤2次。将得到的MIL-88A材料在60℃下干燥10h，从离心管内收集得到MIL-88A材料。
表2传统离心装置和本实用新型分离纯化装置对MOFs浆液的分离纯化能耗对比
*电费按0.4883元每kW·h计。
由表1可知，以回收纯化2L含有MOFs材料的浆液为例，使用本实用新型的装置相比传统离心装置能够将MOFs材料分离纯化的时间减少7h以上。同时，该装置回收纯化每2L(约含75g MIL-88A)MOFs的浆液相比传统离心装置能够降低7.41kW·h的能耗，相当于节约3.62元的运行成本。
综上所述，本实用新型所述连续分离纯化MOFs的装置相较于传统的离心分离装置更加节省时间和运行成本，具有广阔的应用前景。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本实用新型进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其做出各种各样的改变，而不偏离本实用新型权利要求书所限定的范围。
Claims (11)
1.一种用于连续分离纯化MOFs的装置，其特征在于，其包括MOFs材料合成系统、进液系统、排气或预干燥系统、过滤系统和收集系统；
所述过滤系统包括桶体（14）和与桶体（14）的开口相配合的盖体（13），所述桶体（14）腔体内部设有滤膜，所述滤膜为中空PVDF纤维膜（15），中空PVDF纤维膜（15）固定在盖体（13）内部。
2. 根据权利要求1所述的用于连续分离纯化MOFs的装置，其特征在于，所述中空PVDF纤维膜（15）的孔径范围为0.01 ~ 0.1 μm。
3.根据权利要求1所述的用于连续分离纯化MOFs的装置，其特征在于，所述合成系统包括搅拌装置（1）和反应装置（2）。
4.根据权利要求1所述的用于连续分离纯化MOFs的装置，其特征在于，所述进液系统包括进料泵（4）；其中，管道一（3）分别连接反应装置（2）和进料泵（4）的进料口，进料泵（4）的出液口和止水球阀（6）通过管道二（5）连接，管道三（7）分别连接止水球阀（6）和三通阀（11），管道五（12）分别连接三通阀（11）和盖体（13）的进液口。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的用于连续分离纯化MOFs的装置，其特征在于，所述排气或预干燥系统包括鼓气泵（8）；其中，管道四（9）分别连接鼓气泵（8）和燃气球阀（10），燃气球阀（10）与三通阀（11）连接。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的用于连续分离纯化MOFs的装置，其特征在于，过滤系统包括盖体（13），桶体（14）和中空PVDF纤维膜（15）；其中，所述盖体（13）设有进液口和出液口，所述出液口通过管道六（16）与蠕动泵（17）的进液口相连接。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的用于连续分离纯化MOFs的装置，其特征在于，所述盖体（13）的进液口和出液口未连通，进液口直接连通的是桶体（14）内部的腔体和中空PVDF纤维膜（15）的外侧，而盖体（13）的出液口直接连通的是中空PVDF纤维膜（15）内侧。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的用于连续分离纯化MOFs的装置，其特征在于，所述收集系统包括蠕动泵（17）和收集装置（18），所述蠕动泵（17）和收集装置（18）之间通过管道六（16）连接。
9.根据权利要求4所述的用于连续分离纯化MOFs的装置，其特征在于，所述MOFs材料合成系统、进液系统、排气或预干燥系统、过滤系统和收集系统依次通过管道进行连接；
其中，管道一（3）、管道二（5）、管道三（7）和管道五（12）选用不锈钢管道或橡胶管道。
10.根据权利要求5所述的用于连续分离纯化MOFs的装置，其特征在于，所述MOFs材料合成系统、进液系统、排气或预干燥系统、过滤系统和收集系统依次通过管道进行连接；
其中，管道四（9）选用不锈钢管道或橡胶管道。
11.根据权利要求6所述的用于连续分离纯化MOFs的装置，其特征在于，所述MOFs材料合成系统、进液系统、排气或预干燥系统、过滤系统和收集系统依次通过管道进行连接；
其中，管道六（16）选用不锈钢管道或橡胶管道。
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|---|---|---|---|---|
| CN117883841A (zh) * | 2024-03-12 | 2024-04-16 | 北京建筑大学 | 一种MOFs悬浮液分离装置及其分离方法 |
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- 2023-01-19 CN CN202320109802.0U patent/CN220003969U/zh active Active
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