[发明专利]一种用于分离甲醇/碳酸二甲酯混合物的中空纤维复合膜及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于膜分离技术领域，具体涉及一种用于分离甲醇/碳酸二甲酯混合物的中空纤维复合膜及其制备方法和应用。 

背景技术

碳酸二甲酯(DMC)是一种无色透明液体，能与乙醇、乙醚等以任意比混溶。其分子结构中含有-CO、-COOCH₃、-CH₃等多种官能团，化学性质非常活泼，作为有机合成中间体能与酚、醇、胺、肼、酯类化合物发生反应合成许多具有特殊性质的化合物，是近年来受到国内外广泛关注的环保型绿色化工产品。

DMC的生产过程中通过一般精馏得到的产物是甲醇(CH₃OH)和DMC形成的二元共沸物，必须经过特殊分离才能获得纯品DMC。目前已报道的DMC-CH₃OH共沸物的分离方法有低温结晶法、吸附法、共沸精馏法、萃取精馏法及加压精馏法等。但是，上述几种分离方法都存在着较大的缺点和不足，如操作复杂难度大、设备要求高、能耗大、安全性差等，相比之下，膜分离技术具有操作方便、设备紧凑、工作环境安全、节能等优点，最重要的是可以突破甲醇和碳酸二甲酯的共沸平衡。 

渗透汽化是以混合物中组分蒸气压差为推动力，由于膜与不同组分的相互作用力的大小不同以及组分本身性质上的差异，造成不同组分在膜中的溶解与扩散速率的不同实现混合物分离的一种膜过程。能够以较低的能耗实现蒸馏、萃取和吸收等传统分离方法难以完成的分离任务，特别适合于近沸点、恒沸混合物的分离，有机溶剂、混合溶剂中微量水的脱除过程，废水中少量有机污染物的分离过程，水溶液中高价值的有机组分分离过程以及化学反应平衡过程。另外，渗透汽化还具有分离效率高、设备简单、操作简便、能耗低等优点。 

发明内容

本发明的目的在于，提供一种新型中空纤维复合膜通过渗透汽化过程分离甲醇/碳酸二甲酯混合物。 

本发明的技术方案如下： 

一种用于分离甲醇/碳酸二甲酯混合物的中空纤维复合膜的制备方法，包括如下步骤： 

（1）将聚乙烯醇（PVA）和全氟磺酸（PFSA）分别配置1～10wt.%的水溶液，以任意配比混合搅拌制备PFSA-PVA涂膜液，静置脱泡；把PFSA-PVA涂膜液涂在聚丙烯腈（PAN）中空纤维超滤膜上，在无尘环境中晾干，静置10～20h后再次涂覆并静置晾干；每次涂覆时间为30s； 

（2）将经步骤（1）制得的复合膜真空干燥，热处理温度：80～170℃，热处理时间：1～3h。 

步骤（1）中所述的PFSA、PVA溶液的质量浓度优选为2~6wt.%。 

步骤（1）中聚乙烯醇（PVA）的平均分子量为1750±50，醇解度为78%～98%。 

步骤（2）中所述的热处理温度优选为100~160℃，热处理时间优选为1h。 

所述聚丙烯腈（PAN）中空纤维超滤膜的制备采用如下步骤： 

（1）以聚丙烯腈（PAN）为膜材料，甲基吡咯烷酮（NMP）为溶剂，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为添加剂配制铸膜液，其中PAN、NMP、PVP质量比为15:81:4，60℃搅拌溶解至均相透明溶液，纺制中空纤维膜； 

（2）将铸膜液静置脱泡后，铸膜液在N₂的压力下从纺丝头挤出进入凝胶槽沉淀凝胶，芯液为水，再经过淋洗，最后在集丝槽中收集； 

（3）为除去膜中残留的溶剂，纺得的中空纤维膜需在去离子水中浸泡48h，在无尘实验室晾干。 

通过权上述方法制备的中空纤维复合膜用于分离甲醇/碳酸二甲酯混合物的具体步骤为： 

本发明还提供一种分离甲醇/碳酸二甲酯混合物的渗透汽化分离系统，包括水浴槽、料液罐、渗透组件、冷阱和真空泵，其特征在于，所述渗透组件由按上述方法制备的中空纤维复合膜制成。 

该渗透汽化分离系统用于分离甲醇/碳酸二甲酯混合物的具体方法为：将待分离的甲醇和碳酸二甲酯混合物装入料液罐，通过水浴槽控制料液罐温度在5-60℃；料液通过渗透组件从料液侧向渗透侧渗透，在渗透侧利用真空泵抽真空的方式提供负压，并在冷阱中收集渗透液。 

所述的甲醇和碳酸二甲酯混合物中甲醇的含量为0.5wt%～99wt%，优选为10wt%～70wt%。 

所述的甲醇和碳酸二甲酯混合物的温度为20～60℃。 

渗透侧的压力为100Pa以下。