[发明专利]一种NaA沸石分子筛膜渗透蒸发脱除糠醛中水的方法

说明书

技术领域

本发明属于化学工程技术领域，涉及到NaA沸石分子筛膜的制备，特别涉及到NaA沸石分子筛膜渗透蒸发脱除糠醛中水的方法。

背景技术

糠醛(学名呋喃甲醛)是迄今为止无法用石油化工原料合成而只能用农林植物纤维废料生产的一种重要的有机化工原料，主要是以农林废料(玉米芯、棉子壳、油茶壳、甘蔗渣、木材碎屑等)为原料，经水解、脱水、蒸馏精制而成，是一种有类似杏仁油气味的无色或淡黄色液体，熔点为-38.7℃，沸点为161.7℃。室温下微溶于水，能与酒精、丙酮、乙醚、苯等混溶。糠醛的分子结构中由于存在着羰基、双烯、环醚等官能团，所以它兼具醛、醚、双烯和芳香烃等化合物的性质，可参与多种不同类型的反应，在光、热和空气的作用下，逐渐变为暗褐色。糠醛的性质比较活泼，以它为基本原料通过不同的化学反应可得到多种产品，可广泛应用于铸造、医药、化工、农药、石油、合成树脂及食品行业。目前糠醛是我国大综化工出口产品，产品质量处于世界先进水平，贸易量居世界第二位，很有发展前景。

国内外精制糠醛基本是通过两级精馏而得，第一次为初精馏，可以将糠醛含量为5wt.％～10wt.％提高到水和糠醛的恒沸点，即糠醛含量为90wt.％～92wt.％，明显提高了混合物中糠醛的含量，同时这过程也明显降低了其他杂质的含量，比如甲醛的含量从5wt.％降低到1.5wt.％左右，水含量为7.5wt.％左右。目前市场上销售的糠醛含量都在96wt.％以上，所以经过初精馏后的产品必须经过再次精馏，才可以得到合格产品。这过程会造成由于能耗大，特别是第二段精馏，因为前一段已经达到了水和糠醛的恒沸点，再将水进一步从混合物是脱离出来，必须再提高温度和压力，并且制备出来的糠醛品位也不太高，刚刚达到市面上销往要求。如何降低能耗及提高糠醛产品的浓度是目前糠醛生产工作急需解决的问题。

渗透蒸发是近十几年发展起来的用于液体混合物分离的一种新型膜技术，它是在分离组分的压力差下，吸附扩散速度的不同实现分离的过程。渗透蒸发特别适合于有机溶剂及混合溶剂中微量水的脱除，废水中少量有机污染物的分离及水溶液中少量高价值有机组分的回收和蒸馏法难以分离或不能分离的近沸点、恒沸点有机混合物的分离。

沸石分子筛膜与有机膜相和其他无机膜相比具有高的结晶度、良好的机械性能和化学稳定性等特点受到越来越多的关注，它被广泛地应用于气体分离、渗透蒸发、膜反应器等。

具有不同Si/Al比的沸石分子筛具有不同的亲水性能，Si/Al越小，亲水性越强；反之，亲油性强。目前研究者们尝试了几种不同的沸石膜分离水/有机物混合物。NaA型沸石分子筛是的Si/Al比为1，笼结构中有很强的库仑电场，对水分子具有很强的亲合性。水分子通过沸石层包括三个步骤：(1)：水分子在沸石笼中的强吸附；(2)：水分子在笼和笼之间的表面扩散；(3)：水分子在渗透侧的汽化。

应用NaA沸石分子筛膜来分离糠醛中的水至今还没有研究报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供了糠醛中水的脱除的一种工艺，研制了对水具有强分离渗透性能的NaA沸石分子筛膜，提出了用NaA沸石分子筛膜渗透蒸发技术分离脱除糠醛中的水，以达到降低能耗和提高产品糠醛品位的目的。

本发明的技术方案是NaA沸石分子筛膜的合成：NaA沸石分子筛膜是按照Na₂O∶SiO₂∶Al₂O₃∶H₂O＝1.2～2.0∶2∶1∶100～200的摩尔配比配制成溶胶，室温下剧烈搅拌合成液，用聚四氟乙烯封头将经处理的孔径为0.1-3μm多孔α-Al₂O₃陶瓷管或不锈钢管或莫来石管等载体两端堵死，将其垂直放入到不锈钢晶化釜中，缓慢倒入合成液，在50～110℃的温度和2～24h晶化时间下进行水热合成，合成后的膜用去离子水反复冲洗到中性后自然晾干，后放入50～100℃的烘箱中干燥12-36h以上，最后放入干燥器中保存，待用，重复整个合成过程，直到合成的分子筛膜致密连续为止。将处理好的NaA沸石分子筛膜安装到膜分离器中，两端用耐腐蚀的氟胶O型垫圈密封，糠醛和水混合液采用壳程进料，进料的糠醛浓度为30.0wt.％～98.0wt.％之间，渗透操作温度在50～90℃之间，渗透侧压力控制在100Pa以下，进料流量为115～195ml/min的条件下进行。后经气相色谱对原料组分、渗透组分和渗余组分进行分析，得到最佳条件下的NaA沸石分子筛膜对水/糠醛分离因数和处理效果。