[发明专利]一种炭膜反应器及其使用方法

说明书

技术领域：本发明涉及膜分离和化学工程等领域，具体指一种膜反应器及其使用方法。 

背景技术：近年来，将膜分离与反应过程耦合组装成膜反应器的发展非常迅速。膜反应器实现了反应过程和分离过程的集成，可在化学反应过程中选择性地移除某种产物，突破热力学对化学反应平衡的限制，从而提高反应的转化率、选择性和收率。膜材料是膜反应器的核心部件，它直接决定了膜反应器的性能和应用。由于很多化学反应都要求达到一定的压力和温度才能顺利进行，所以常规的聚合物膜分离材料显然无法胜任。因此人们把目光转向了具有良好耐高温、耐高压和分离性能的无机膜材料，如陶瓷、沸石、金属和炭等。对于陶瓷和不锈钢膜材料来说，孔径分布范围比较大，且难以得到平均孔径小于5nm的材料，限制了其在某些分离领域的应用(Soria R.Catalysis Today，1995，25(3-4)：285-290.)；而对于沸石材料来说，本身质地脆易碎，不容易形成大面积连续的膜，往往需要多次成膜过程，导致膜层较厚且不均匀，从而增大待分离物质的扩散和渗透阻力(Ismail A F，David L I B.J.Membr.Sci.，2001，193(1)：1-18；Sedigh M G，Onstot W J，Xu L，et al.J.PhysChem.A 1998，102(44)：8580-8589.)。常用的金属钯膜材料一方面比较昂贵，另一方面当反应体系中含有氢气或H₂S等物质时，会发生作用而使分离效果不佳，甚至产生危险(Damle A S，Gangwal S K，Venkataraman V K.Gasseparation and purification，1994，8(3)：137-147.)。 

炭膜是一种多孔无机膜，除了具有其它膜材料的高效、节能、操作方便 等优点外，它还具有许多更诱人的优点，如耐热、耐腐蚀、化学稳定性好、使用寿命长、分离性能高、孔径分布集中、可调性好、易于采用多种方法制备大面积连续的膜。当前，国内外在炭膜制备方面的工艺技术已经日渐成熟。研究者们先后开发出了管状炭膜，平板状炭膜，中空纤维状炭膜(Saufi S M，etal.，Carbon，2004，42(2)：241-259.)及卷式炭膜(一种卷式炭膜及其制备方法，中国专利，200810012222)。炭膜在饮用水净化(Bauer J M，et al.，KeyEngineering Materials，1991，(61-62)：207-212.)、啤酒无菌过滤(王同华，等，新型炭材料，2000，15(1)：6-11.)、化工废水的处理(王细凤，等，膜科学与技术，2001，21(6)：59-62；Damle A S.，Gas Sep.Pur.，1994，8(3)：137-147.；Bauer J M，etal.，Key Engineering Materials，1991，(61-62)：207-212.)、气体混合物N₂/O₂、CO₂/N₂、CO₂/CH₄、H₂/N₂、烷烃/烯烃等的分离与富集(Suda H，et al.，J.Phys.Chem.B，1997，101(20)：3988-3994；Kita H，et al.，J.Polym.Environ.，2002，10(3)：69-75；Hayashi J，et al.，Ind.Eng.Chem.Res.，1996，35(11)：4176-4181.)，及膜催化反应过程(Rao M B，et al.，J.Membr.Sci.，1996，110(1)：109-118.)等领域都具有较好的应用前景，已成为当前膜分离和化学工程等领域的研究与开发热点。因此，炭膜是最有希望成为大面积工业化的膜反应器材料之一。