[发明专利]亲水性Ge-ZSM-5分子筛膜在有机物/水体系分离中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种亲水性分子筛膜在有机物/水体系分离中的应用，具体涉及一种亲水性分子筛膜在有机物/水体系分离中的分离因子达到∞，渗透通量达到现有技术的约1000倍的应用。

背景技术

有机物在工业上广泛应用，如乙酸和乙醇等有机物是大宗的化工产品和化工原料。传统的有机物/水体系的分离方法是精馏法，但是对于与水形成近沸物和恒沸物的有机物，采用精馏法分离高浓度的水溶液需要的塔板数较多，能耗很高。而采用亲水性的膜材料，通过渗透蒸发作用进行分离可有效地降低能耗，并且相对于有机膜而言，分子筛膜耐高温，化学稳定性好，机械强度大，分离选择性较高，通量较大，过程环保，具有可观的工业前景。

渗透蒸发（Pervaporation，简称PV），又称为渗透汽化，是一种新型膜分离技术，其突出优点是能够实现蒸馏和精馏等传统方法难以完成的分离任务或在较低能耗下，绿色环保地进行分离。特别适于热敏感组分或近沸点、恒沸点混合物以及同分异构体的分离。渗透蒸发被开发为工业实用技术，至今已有二十余年的历史。

现有能够获得的有关亲水性分子筛膜用于有机物/水体系分离的报道有：Shah等人合成的亲水性NaA分子筛膜，并将其用于醇-水体系的分离，选择性地除去水。还有其他公开报道的亲水性分子筛膜有如Y型、T型和ETS-4型分子筛膜。这些分子筛膜有较好的分离效果，但是由于骨架中含有较多的铝元素，而铝元素在高浓度的酸溶液中会溶出，从骨架上脱落，因而其耐酸性能差，在高浓度的酸性溶液中骨架会坍塌。Masuda等人合成的亲水性纯硅Silicalite-1分子筛膜，具有很好的耐酸性能，分离因子很大，为∞，但是渗透通量很小，比NaA等分子筛膜的通量小了10³的数量级，导致分离效率较低。以α-Al₂O₃为载体，采用原位水热晶化法制备Ge-ZSM-5分子筛膜是本课题组报道的与本发明相近的研究工作，但该分子筛膜是疏水性的。本发明制得的Ge-ZSM-5分子筛膜由于α-Al₂O₃载体的溶出而在分子筛的骨架中含有一定量的铝元素，膜中适量锗和铝元素的存在，使该分子筛膜具有强亲水性，进而具有分离有机物/水体系的性能。

发明内容

本发明要解决的具体技术问题是在膜分离有机物/水体系过程中分离因子和渗透通量不能同时足够大，分离效率不高的问题；目的是提供一种亲水性Ge-ZSM-5分子筛膜在有机物/水体系分离中的应用。

为解决上述问题，本发明所采取的措施是一种亲水性Ge-ZSM-5分子筛膜在有机物/水体系分离中的应用，提出了通过将原位水热晶化生长于α-Al₂O₃载体上的亲水性Ge-ZSM-5分子筛膜作为分离材料，实现对有机物/水体系的稳定、高效分离的应用。

本发明所提供的一种亲水性Ge-ZSM-5分子筛膜在有机物/水体系分离中的应用的具体步骤如下：

将一定浓度的原料混合液加入到密封的玻璃仪器中，放入转子。将原料液加热到一定温度。将膜材料放置于膜组件中，再将膜组件置于原料液中。在膜后侧采用真空泵抽真空，同时用液氮作为冷肼冷凝收集透过膜层的渗透物。一定时间后取样、称重，并计算分离因子和渗透通量。

本发明所述的有机物的浓度范围为10-98 wt.%；所述的温度范围为298 K-353 K；所述的有机物/水体系中有机物可为乙酸、乙醇、丙酮等可溶于水的有机物；所述的膜材料为通过原位水热法生长于α-Al₂O₃载体上的Ge-ZSM-5分子筛膜。

实现本发明上述的一种亲水性Ge-ZSM-5分子筛膜在有机物/水体系分离中的应用，与现有技术相比，其优点与积极效果在于：膜材料应用稳定，分离因子高，渗透通量大，具有更好的分离效果，而且节能环保，易于操作，适于工业化放大分离应用。

附图说明

图1是本发明343 K，10-98 wt.%乙醇水溶液浓度和渗透蒸发通量的关系图。

图2是本发明343 K，10-98 wt.%乙醇水溶液渗透蒸发时间和渗透蒸发通量的关系图。

图3是本发明353 K，30-98 wt.%乙酸水溶液浓度和渗透蒸发通量的关系图。

图4是本发明353 K，30-98 wt.%乙酸水溶液渗透蒸发时间和渗透蒸发通量的关系图。

具体实施方式