[发明专利]一种有机物优先透过渗透汽化膜的制备方法

说明书

本发明涉及分子筛膜的合成及其在渗透汽化分离中的应用，特别是提供了一种应用于渗透汽化的具有高温稳定性，化学稳定性和高机械强度的新型渗透汽化膜。

渗透汽化是近二十年来迅速发展起来的一种分离技术，由于渗透汽化分离过程不受汽液平衡的限制，因而在传统分离手段难以处理的恒沸物分离，微量水的脱除及水中微量有机物的脱除和浓缩等方面显示出独特的优越性，渗透汽化膜分为水优先透过膜和有机物优先透过膜两大类，对于水优先透过膜，在过去的二十年中进行了广泛的研究，其分离技术已在有机溶剂脱水领域实现工业化，对于有机物优先透过膜，其起步较晚，与透水膜相比，普遍存在分离选择性低，渗透透量低等缺点，而且对有机物组份有优良选择性的膜材料也较少，然而有机物优先透过渗透汽化膜具有很大的商业发展潜力和诱人的应用前景，如在有机污水中有机物的含量极微，通常采用的吸附方法处理的有机污水，吸附剂的处理和回收比较困难，利用有机物优先透过渗透汽化膜可以使污水中的微量有机物优先透过而得到分离，此外，有机物优先透过渗透汽化膜还可用于从低浓度醇水发酵液中提取醇，从稀水溶液中回收有机物及食品，制药工业中的热敏产品的浓缩等，然而现有的有机物优先透过渗透汽化膜不仅渗透分离性能差，而且多为有机膜，在热稳定性、机械稳定性及化学稳定性方面存在着不可克服的缺陷。

沸石分子筛，由于其晶体内表面有离子特性而具有库仑场效应，随着分子筛材料硅铝比的变化，库仑场效应也随之变化，从而导致分子筛材料的亲疏水性质的不同，高硅铝比的分子筛或全硅分子筛(如Silicalite-1)因其晶体内部的静电场很小或者没有静电场，所以具有强的疏水性，由它构成膜通过渗透汽化可以从低浓度的有机物/水溶液中提取高浓度的有机物，另外大小不同的分子也可以通过渗透汽化在分子筛膜上得到择形分离。

本发明的目的在于提供一种有机物优先透过渗透汽化膜--Silicalite-1分子筛膜的合成方法，用该方法合成的复合膜分离系数和透量高，且合成方法简单。

本发明提供了一种有机物优先透过渗透汽化膜--Silicalite-1分子筛膜的制备方法，其特征在于利用水热合成的方法在多孔基膜上一次原位合成分子筛膜，基膜的孔径为0.05～100μm，合成分子筛膜的溶胶配方为：aNa₂O∶bTPABr∶100SiO₂∶cH₂O，其中a＝3.0～20.0，b＝3.0～50.0，c＝5000～40000；水热合成温度为150～200℃，时间10～100小时。

本发明所提供的制备方法中，溶胶配方以a＝4.0～10.0，b＝3.0～15.0，c＝8000～20000为佳。

本发明提供的合成分子筛的基膜既可为多孔α-Al₂O₃基膜，也可为其它多孔基膜(如多孔不锈钢基膜等)，基膜的孔径为0.05-100μm，其中以0.1-10μm为佳；基膜的形状可为片状或管状。

本发明提供的分子筛膜的制备方法，通过原位水热合成的方法在多孔α-Al₂O₃基膜上合成了分子筛膜，而不是通过溶胶-凝胶等间接手段浸涂，提供的分子筛膜利用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等表征手段表明为Silicalite-1分子筛膜。

本发明合成的Silicalite-1分子筛膜应用于渗透汽化分离，在温度为30-60℃，渗透侧的真空度为200-400Pa的条件下，合成的Silicalite-1分子筛膜的乙醇/水溶液的理相分离系数为40-60，透量为0.1-0.4kg/m².h。

本发明开发了高分离性能的新型渗透汽化膜-分子筛膜，与有机膜的渗透汽化分离相比，分子筛膜不仅稳定性较好，分离性能也有一定的提高，下面通过实施例详细加以说明。

附图1为分子筛膜合成示意图。

附图2为实施例1合成分子筛膜的X-射线衍射图。

附图3为实施例1合成分子筛膜的扫描电子显微镜图。

附图4为渗透汽化装置图。

实施例1 管状Silicalite-1分子筛膜的制备

合成Silicalite-1分子筛膜所用的基膜为α-Al₂O₃基膜，其孔径为0.1-0.3μm，孔隙率为50％，基膜的形状为管状，管外径为11mm，厚度为1mm，长度为260mm，基膜在使用前用经过细砂纸打磨平衡，蒸馏水中超声波洗涤，然后烘干备用，烘干后的基膜表面可以不作任何处理直接用于合成。