[发明专利]聚二甲基硅氧烷-碳纳米管复合膜的制备方法、其复合膜及分离纯化丁醇的方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚二甲基硅氧烷-碳纳米管复合膜的方法，其制备得到的复合膜，以及应用复合膜分离纯化丁醇的方法，属于化学工程领域。

背景技术

丁醇是一种重要的化工原料，并且有望成为新一代的生物燃料。由于石油资源的严重紧缺，以石油为原料的化学法生产丁醇受到限制，通过微生物发酵法生产丁醇作为一种可持续的丁醇生产方式，受到广泛的关注（Ni,Y.,Sun,Z.H.,Recent progress on industrial fermentative production of acetone-butanol-ethanol by Clostridium acetobutylicum in China.Appl Microbiol Biotechnol.83(3):415-423,2009）。在丁醇发酵过程中，由于发酵产物丙酮和丁醇对发酵菌种具有毒性抑制作用，使得发酵终点的丁醇浓度通常不超过2.0%（w/v）,丙酮浓度不超过1.0%（w/v）（Papoutsakis,E.T.Engineering solventogenic clostridia.Curr Opin Biotechnol.19(5):420-429,2008）。由于丁醇的沸点（117.7℃）高于水的沸点。利用传统的精馏或蒸馏分离低浓度的丁醇溶液，其分离成本极高，很难实现工业化生产（Matsumura,M.,Kataoka,H.,Sueki,M.,Araki,K.Energy saving effect of pervaporation using oleyl alcohol liquid membrane in butanol purification.Bioprocess Eng.3:93-100,1988）。

分离耦合生物发酵技术广泛的应用于可挥发性产物的在线分离，在丁醇发酵过程中，通过液-液萃取、气提、吸附等分离方法，可以在发酵过程中不断移除发酵产物丙酮和丁醇，解除高浓度产物的毒性抑制，提高发酵效率。但是这些方法具有一定的局限性，用液液萃取和吸附技术原位分离丁醇，萃取剂和吸附剂与微生物细胞直接接触，会对细胞产生毒害作用。气提耦合发酵技术需要使用大量消泡剂，影响菌体的生长和代谢。

膜是具有选择性分离功能的材料。利用膜的选择可以实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩，原则上适用于一切液体混合物的分离。利用膜进行物质分离具有操作条件温和、无相态变化、能耗低、选择性高等优点。

到目前为止，未见使用聚二甲基硅氧烷-碳纳米管复合膜对丁醇进行分离纯化的报道和相关专利。

发明内容

本发明的

聚二甲基硅氧烷-碳纳米管复合膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)制聚二甲基硅氧烷膜液：聚二甲基硅氧烷与交联剂按质量比10:1充分混

匀；

⑵向聚二甲基硅氧烷膜液中添加碳纳米管和促溶剂，充分搅拌或超声震荡使碳纳米管均匀分散在聚二甲基硅氧烷膜液中，将配置好的聚二甲基硅氧烷-碳纳米管膜液均匀涂覆在光滑基质上；然后将该复合膜恒温干燥交联成膜，恒温干燥时间3-9h。

进一步地，所述碳纳米管的添加量为聚二甲基硅氧烷膜液的1wt%-10wt%；所述促溶剂的添加量为聚二甲基硅氧烷质量的1%-100%。

进一步地，所述交联剂为含氢硅油，乙烯基硅油或甲基三甲氧基；所述促溶剂为正戊烷，正己烷或异辛烷。

进一步地，所述碳纳米管的直径为1-20nm，长度为1-20μm。

进一步地，所恒温干燥在80-120℃下进行。

聚二甲基硅氧烷-碳纳米管复合膜，由上述方法制备。

进一步地，所述复合膜的厚度为25-250μm。

一种聚二甲基硅氧烷-碳纳米管复合膜分离纯化丁醇的方法，用上述制备得到的复合膜分离纯化丁醇溶液。

进一步地，所述丁醇溶液温度设定为30-80℃，原料液的流速为0.5-2.2L/min，透过侧压力为0.8-80kPa。

进一步地，所述的丁醇溶液为含有丁醇水溶液、丙酮丁醇乙醇混合溶液或丁醇发酵液，所述丁醇溶液中丁醇浓度为5-80g/L。