[发明专利]用于酯化反应的渗透蒸发膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及渗透蒸发膜制备技术，特别是一种用于酯化反应的渗透蒸发膜及其制备方法，具体说是酯化反应-渗透蒸发耦合工艺中用于脱水的有机-无机杂化膜及其制备方法。

背景技术

乳酸乙酯是一种重要的精细化工原料，食品工业广泛用于香料、香料增效剂及酒类添加剂，可用来调配食用香精、酒用香精和食品调味增香剂，也可以用来调制软饮料和酒类饮料。由于乳酸乙酯含有不对称碳原子，因此具有两种光学异构体，也是一种具有光学活性的重要工业溶剂，可用做硝化纤维、醋酸纤维、醇酸树脂、贝壳松酯、马尼拉树脂、松香、虫胶、乙烯树脂、油漆等的溶剂，同时还是人造珍珠类的高级溶剂。其他工业还被用来做增塑剂，在不对称合成中可以用来合成具有光学活性的羧酸酯，制药中用作压制药片的润滑剂、药物心得静中间体等等。因此在食品、酿酒、化工、医药等行业有广泛用途。传统的乳酸乙酯生产是以乳酸和乙醇为原料，以浓硫酸作为催化剂，用苯、甲苯、作为带水剂除去反应中的水来直接酯化合成乳酸乙酯。对于酯化反应即使脱出反应产物水将大大推动酯化反应进行，目前开发的技术有精馏法、分子筛干燥法等脱除酯化反应水分直接合成乳酸乙酯，这些方法也存在反应温度高导致能耗大、原料损耗大导致费用高等缺点，因而完全有必要开发新型的乳酸乙酯合成工艺，既有较高的酯化反应转化率和乳酸乙酯产率，又能实现低反应温度、低能耗和低成本生产。

渗透蒸发(pervaporation，简称PV或PVAP)也称渗透汽化，是目前膜分离研究领域的热点之一。作为液体混合物的新型分离技术，渗透蒸发具有高效、节能、工艺简单、环境友好等特点，被誉为“绿色技术”，将渗透汽化用于酯化反应脱水很有实际意义。由于该耦合工艺中只有水透过膜发生相变并分离，因此具有较好的节能效果。Waldburge等人认为相对于常规酯化工艺，酯化膜反应器可降低75％的能耗，降低50％的操作成本。渗透蒸发膜材料的选择和膜的制备是耦合工艺的关键。通过对现有膜材料的改性可以制得优良的用于渗透蒸发-酯化反应耦合工艺的渗透蒸发脱水膜。

现有的用于酯化反应-渗透蒸发耦合工艺的渗透蒸发膜可以分为以沸石为主的无机膜材料，以聚乙烯醇、壳聚糖等为主的亲水性膜材料，采用CS-TEOS有机-无机杂化膜材料用于酯化反应-渗透蒸发脱水未见文献报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于酯化反应的渗透蒸发膜及其制备方法，将以该方法制备的CS-TEOS杂化膜用于酯化反应-渗透蒸发脱水，具有较高的脱水性能和对乳酸乙酯生成的促进性能。

本发明提供的用于酯化反应的渗透蒸发膜是以壳聚糖和正硅酸乙酯为原料，按照壳聚糖和正硅酸乙酯质量比10～50∶0.5～1进行配料其制备方法包括如下步骤：

1)将壳聚糖(CS)溶解乙酸水溶液甲，水浴中搅拌至壳聚糖完全溶解，制得壳聚糖水溶液；

2)过滤后加入正硅酸乙酯(TEOS)，室温下搅拌，静置脱泡，得到铸膜液；

3)将铸膜液倒在有机玻璃板上，用刮刀刮膜，通风干燥，在120℃下热处理，得CS-TEOS杂化膜。

本发明提供的用于酯化反应的渗透蒸发膜的制备方法包括如下步骤：

1)将壳聚糖(CS)溶解乙酸水溶液中，于80℃水浴中搅拌至壳聚糖完全溶解，制得壳聚糖水溶液；

2)过滤后加入正硅酸乙酯(TEOS)，室温下搅拌2小时后静置脱泡，得到铸膜液；

3)将铸膜液倒在有机玻璃板上，用刮刀刮膜，20～30℃下通风干燥48小时，在120℃下热处理2小时，得CS-TEOS杂化膜。

步骤1)所述的乙酸水溶液是2％的乙酸水溶液。

步骤1)所述的壳聚糖水溶液是2％的壳聚糖水溶液。

将上述制得的CS-TEOS杂化膜用于酯化反应-渗透蒸发耦合过程中脱水提高乳酸乙酯产率，水渗透通量达97.5g·m^-2h^-1，乳酸乙酯产率由66.4％提高到80.0％。

本发明的优点在于：膜制备过程简单，可控性强。原料来源丰富，价格低廉，制膜成本低。CS-TEOS杂化膜用于酯化反应-渗透蒸发耦合过程中脱水提高乳酸乙酯产率，水渗透通量达97.5g·m^-2h^-1，乳酸乙酯产率可由66.4％提高到80.0％。

具体实施方式

实施例1