[发明专利]一种用于溶剂纳滤和渗透汽化的亲有机物质的聚倍半硅氧烷膜

说明书

技术领域

本发明涉及适用于液体或蒸汽分离的微孔亲有机物质的有机-无机的杂化膜和制备该膜的方法。

背景技术

在许多工业应用中需要对混合物的有机的或更多疏水性的组分的渗透具有优异性的膜。需要这样的亲有机物质的膜的两种重要的工艺类型是耐溶剂纳滤和亲有机物质渗透汽化。这两种工艺类型在下文中被更详细地描述。

耐溶剂纳滤，也称作有机纳滤（ONF），是一种具有前景的用于从溶剂流中回收有价值的组分或污染物的技术，在食品、药物、化学和生化工业中应用。ONF被定义为一种压力驱动过滤工艺，其中，由有机溶剂（混合物）组成的连续相渗透通过膜，并且另外较大的分子物质被保留。这种较大的分子物质可能是高分子、复合催化剂、齐聚物、无机颗粒或类似的物质。

纳滤膜的典型工业应用在以下作为例子来描述。在Vandezande等的综述(Vandezande,Chem.Soc.Rev.2008,37,365-405)中可以发现可能的应用的详细的综述。具有昂贵配位体体系的贵金属催化剂可以通过将溶剂、产物和反应物渗透通过ONF膜来回收。该催化剂被保留在浓缩流中或者在连续工艺中循环回到反应器中。这种工艺选择容许连续操作或者间歇反应。而且，ONF膜代替了热分离步骤。另一个应用是处理原油或燃料。燃料流包括对发动机寿命具有负面影响的杂质。从颗粒、金属和较大的分子物质中净化这些燃料可以获得更高品质的燃料。ONF膜可以被用来将燃料的液体有机物渗透而保留杂质。高粘性的碳氢化合物可以通过ONF从更高价值的低粘度的碳氢化合物中分离。这种分离类型包括油的脱蜡，其代替了需要冷却步骤的热分离工艺，渗透步骤和溶剂蒸发。ONF膜工艺可以通过从碳氢化合物中选择性的去除化合物用来简化下游工艺。这消除了一些工艺步骤的需要，因为它潜在地代替溶剂-溶剂萃取、洗涤、或热分离工艺。总之，一些工业溶剂流被更高分子量的物质例如有机分子或颗粒轻微地污染。使用NF膜将这些物质分离是热分离的一种替代。

普通的纳滤膜由层状的或非对称的聚合物膜组成。在这些基本上致密的膜中通过溶解和扩散现象来控制有机溶剂的输送。由于在有机溶剂中的溶胀或溶解，这种膜的聚合物表层不会阻挡大部分的有机溶剂(Vandezande,Chem.Soc.Rev.2008,37,365-405)。在这些膜中，可选择的表层是最薄弱的部位，因为该层的溶胀对膜的分离性能具有强烈的影响。特定的溶剂膜组合被成功地应用。但仍然没有物质可以被应用于广泛的溶剂，并且膜的分离行为（选择性或截流）主要由混合物中的聚合物的溶胀来决定。

另一方面，陶瓷纳滤膜在许多有机溶剂中都是稳定的。在这样的材料中，具有孔径在5nm以下的多孔结构负责分离行为。遗憾地是，由于它们的亲水性，陶瓷膜（它由金属氧化物组成）经受对有机物不好的渗透性。这是陶瓷氧化物材料的固有性质。改善溶剂渗透的方法之一是用有机硅烷例如三甲基氯硅烷（WO2004/076041）对陶瓷材料疏水化（hydrophobisation）。这样的接枝剂在介孔陶瓷膜的表面和多孔结构中(Alami-Younssi,J.Membr.Sci.1998,27-36)形成疏水分子的表层。因此孔径主要由亲本陶瓷膜(parent ceramic membrane)决定。在工艺条件下的这种表面接枝的长期稳定性没有被证明。总之，认为在水和/或酸的存在下稳定性变低，由于将接枝连接至金属氧化物表面的金属-氧-硅键的水解。

在亲有机物质（organophilic）的渗透汽化（pervaporation）中，膜选择性地将有机组分从水溶液混合物中分离，或者选择性地将非极性从溶剂混合物中的极性较大的组分中渗透。渗透汽化是通过使用膜选择性地蒸发液体混合物中的一种组分。因此进料是液体状而渗透是蒸汽。或者在蒸汽渗透模式下操作膜，并且进料和渗透都以蒸汽存在。在两种情况下，膜的渗透侧一般在比滞留物或进料侧低的压力下操作，并且优选在真空（sub-atmospheric）条件下操作。