[发明专利]离子液体修饰介孔分子筛/聚合物复合膜及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种离子液体修饰介孔分子筛/聚合物复合膜及其制备和应用，该复合膜包括渗透汽化膜和分散在渗透汽化膜中的离子液体修饰介孔分子筛原粉，所述的离子液体修饰介孔分子筛原粉通过将离子液体固载在介孔分子筛原粉表面形成，该复合膜的制备通过先将离子液体固载在介孔分子筛原粉表面及孔道内，然后在醇类溶剂中与渗透汽化膜材料形成铸膜液，最终通过刮膜成型，该复合膜能够应用在优先透醇的醇/水体系渗透汽化分离中。与现有技术相比，本发明具有能同时增大膜分离因子与渗透通量且稳定性好等优点。

技术领域

本发明属于渗透汽化膜分离领域，具体涉及一种离子液体修饰介孔分子筛/聚合物复合膜及其制备和应用。

背景技术

随着石油、煤炭这类非可再生资源的枯竭，人们对新型燃料的开发越来越受到研究者的关注。生物燃料是一种潜在的可替代石油等的新一代能源，其具有可贮藏性，可运输性，可再生，对环境友好，且储量丰富等特点。近年来，研究者发现，基于生物法发酵醇类，如生物乙醇、生物丁醇等，是一种极具潜力的新型生物燃料。以生物丁醇为例，传统的发酵工业制备的丁醇含量低，是由于丁醇对微生物细胞具有一定的毒害作用，因此为提高生物丁醇的产率，除了对微生物细胞进行改性之外，另一种行之有效的方法是将发酵与丁醇分离耦合，可在发酵过程中即使移除丁醇，降低发酵液中的丁醇浓度，从而使微生物细胞保持活性。

醇类的分离方法主要有气提、液液萃取、精馏、吸附和渗透汽化。透汽化分离醇类相比于其他分离方法，具有能耗低，投资少，效率高等优点。渗透汽化膜的分离性能主要以分离因子和渗透通量作为评价指标。

介孔分子筛(孔径2.0～50nm)具有三维孔道结构，且孔道结构规则，它具有比表面积大、吸附性能好、通透性高和催化能力佳的特点。由于介孔分子筛具备上述优点，使得它在催化、吸附、材料等领域中广泛应用，其在环境科学、光学、电学、医学领域也有较广阔的应用前景。将介孔分子筛用于改性渗透汽化膜可以有效提高渗透汽化膜的渗透通量，但是对膜的分离因子没有影响。“Tan H,Wu Y,Ying Z,et al.Pervaporative recovery of n-butanol from aqueous solutions with MCM-41filled PEBA mixed matrix membrane[J].Journal of Membrane Science,2014,453:302–311.”中披露了一种MCM-41与PEBA复合膜，由于MCM-41对醇类没有优先吸附性，因此该复合膜的分离因子与PEBA空白膜相比几乎没有变化。

离子液体具有催化功能，熔点低，不挥发，热稳定性好，溶解能力强，性质可调等特点，使多数离子液体可以作为绿色溶剂，取代一些挥发性高，有毒，且易燃易爆的有机溶剂。离子液体一般与其他物质共存，且可以通过设计和改变离子体系的阴阳离子结构和组成来调节其性质，使其应用与不同领域。随着大量研究者对离子液体的深入研究，离子液体已经应用到有机合成，催化，分离分析及纯化，电化学等领域。离子液体已大量用于渗透汽化分离领域，如离子液体支撑液膜等，但这类渗透汽化膜稳定性差。在渗透汽化过程中，离子液体容易被料液带走从而造成离子液体流失。

中国专利CN105056772A公开了一种聚乙烯醇/凹土-聚离子液体催化酯化复合膜的制备方法，将固载有高密度酸性位点的凹凸棒粘土/聚合离子液体复合催化剂(ATP-PILs)加入到聚乙烯醇(PVA)溶液中共混形成铸膜液，静置脱泡；然后将脱泡后的铸膜液涂敷在光滑洁净的玻璃板上或微孔底膜上；接着通过干燥、加热、交联后处理工序，形成一层具有催化功能的渗透汽化致密的催化酯化复合膜。该专利所选用的离子液体是可聚合的强酸性离子液体，通过聚合后具有催化酯化功能，再将聚离子液体固载到凹凸棒粘土，制得带有高密度强酸性位点的凹凸棒粘土/聚合离子液体复合催化剂，具有催化酯化功能。将该催化剂加入制备得到的聚乙烯醇/凹土-聚离子液体催化酯化复合膜主要作用是催化酯化，并通过原料与膜材料的化学不相容实现产物与原料的分离。

发明内容