[发明专利]一种用于生物油高效脱水的分离方法

说明书

本发明公开了一种用于生物油高效脱水的分离方法，该方法包括以下步骤：（1）采用化学氧化法将石墨粉末充分氧化后进行剥离得到二维结构的氧化石墨烯薄片；（2）将氧化石墨烯溶液在多孔载体上进行沉积、干燥后得到连续的氧化石墨烯膜层；（3）将氧化石墨烯膜进行密封后采用渗透汽化膜过程对生物油进行脱水分离。本发明开发的基于氧化石墨烯材料的生物油脱水膜分离工艺选择性高、抗污染性能好、能耗低，可在强酸性的多组分的生物油体系下长期稳定运行。

技术领域

本发明属于化工分离技术领域，具体涉及一种用于生物油高效脱水的分离方法。

背景技术

生物质能源储量巨大、来源广泛、清洁且可再生，被认为是解决当前能源短缺和相关环境生态问题最有希望的替代能源之一。近年来随着化石燃料资源的逐渐减少，以生物质为原料制备高性能的液体燃料受到了国内外研究者的高度关注。由于转化率高、工艺流程短、原料适应性强、易于工业化等显著优点，生物质在无氧条件下经快速热裂解直接转化为生物油成为了目前制备生物基液体燃料最简单有效的途径之一。一般来说，直接得到的粗制生物油通常具有较高的水含量。这一组成特点不仅降低了生物油的热值，也提高了生物油的燃点，严重降低了生物油的品质。因此，如何实现粗制生物油中水分的绿色、高效分离对发展生物质液体燃料具有重要意义。

当前，关于生物油的脱水研究以传统的蒸馏分离方法为主。由于生物油在热力学上的不稳定性，加热时容易导致发生二次反应，造成生物油聚合、增稠、甚至结焦，从而导致生物油发生变质。由于常压蒸馏和减压蒸馏都极易受到温度的限制，分离过程中具有能耗高、蒸馏时间长、分离效率低等问题，难以在实际的工业生产过程中进行推广应用。

膜分离技术由于简单、节能、环保、高效等显著优点，近年被广泛研究用于有机物的脱水分离且显示了优异的分离性能。然而，由于生物油成分极其复杂且具有较强的酸性，目前商业化的纳滤、反渗透有机膜材料易受到其化学稳定性和膜污染等因素的限制，膜的耐久性较差，难以适用于生物油这一苛刻的分离体系。另一方面，尽管以沸石分子筛为代表的无机膜材料由于其良好的化学稳定性和分离性选择性被广泛研究应用于有机物溶剂脱水，但是在诸多实际多组分复杂体系的分离过程中会面临严重的膜污染问题，致使膜的渗透通量迅速降低。因此，开发新型具有优异耐酸、耐膜污染的高性能膜材料对于实现膜技术生物油高效脱水具有重要意义。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种用于生物油高效脱水的分离方法。该方法工艺简单，操作方便，可对生物油中的水分进行高效选择性分离，且所制备的氧化石墨烯膜分离材料具有优异的耐酸和抗膜污染性能，在生物油的脱水过程中显示了良好的长期稳定性。以上基于氧化石墨烯膜材料的膜分离工艺有效解决了蒸馏等传统方法无法对生物油进行高效脱水分离的难题。

一种用于生物油高效脱水的分离方法，包括以下步骤：

（1）通过化学氧化法将石墨粉末进行充分氧化并进行剥离后形成氧化石墨烯薄片；

（2）将步骤（1）的氧化石墨烯配成氧化石墨烯溶液，然后沉积在多孔载体上并干燥后形成支撑的氧化石墨烯薄膜；

（3）采用渗透汽化工艺利用步骤（2）的氧化石墨烯薄膜对生物油进行脱水分离。

优选的，步骤（1）中，石墨粉末的尺寸为100~2000目。

优选的，步骤（1）中，采用改进的Hummers法对石墨粉末进行氧化。氧化剂为浓硫酸和高锰酸钾，石墨/高锰酸钾的质量比为1:2~1:10, 石墨/浓硫酸的质量比为1:50~1:150。

优选的，步骤（1）中，氧化温度为10~60℃，氧化时间为1~200h。

优选的，步骤（1）中，剥离过程为超声剥离，超声剥离时间为0.5~24h。

优选的，步骤（2）中，所述的氧化石墨烯涂膜液的浓度为0.1~1.0mg/ml。