[发明专利]用于渗透汽化分离甲醇/醋酸甲酯共沸体系的有机-无机杂化膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子膜分离技术，具体涉及一种用于渗透汽化分离甲醇/醋酸甲酯共沸体系的有机-无机杂化膜及其制备方法。 

背景技术

醋酸甲酯广泛用于纺织、香料和医药等行业，是一种有机原料的中间体，可以用来合成醋酸、酸酐、丙烯酸甲酯和醋酸乙烯酯、乙酰胺等。醋酸甲酯的主要生产方法----直接酯化法和甲醇羰化法均以甲醇为原料，甲醇与醋酸甲酯能形成共沸物(甲醇含量约18wt％)，所以从醋酸甲酯中去除甲醇是产品纯化的重要工艺。此外，在维尼纶生产中，聚醋酸乙烯醇解生产聚乙烯醇的废液中含有大量的甲醇、醋酸甲酯和醋酸钠，若能有效地将甲醇与醋酸甲酯分离并回收可直接降低聚乙烯醇的生产成本、节约能源、保护环境。 

传统的分离方法有普通精馏、共沸精馏和萃取精馏等。如胡琳娜等建立了一套40mm的精馏塔，用水作萃取剂进行了萃取精馏分离醋酸甲酯和甲醇的共沸物的实验研究，探讨了溶剂比、回流比、原料液温度和萃取剂温度等主要影响因素的改变对萃取精馏过程的影响。实验得到的最佳操作条件：溶剂比为2～3；回流比为0.75～1.0；进料温度为泡点温度；萃取剂温度为常温。通常而言，这些传统的分离方法用于工业分离过程都存在能耗大、流程复杂和大量工业污染等缺点。 

渗透汽化(Pervaporation，简称PV)是用于液体混合物分离的一种新型膜分离技术。它是在液体混合物中各组分分压差的推动下，利用不同组分通过膜的溶解和扩散速度的差异实现混合液分离的过程。它的工艺简单、选择性高而且节能，特别适合蒸馏法难以分离或不能分离的近沸、共沸有机混合物溶液的分离，具有明显的技术优势。S.Sain等用铜纺膜渗透汽化分离甲醇/醋酸甲酯共沸物，膜的分离系数为7.9。D.Gorri等用以聚丙烯腈为支撑层，聚乙烯醇(PVA)为分离层的商业膜渗透汽化分离甲醇/醋酸酸甲酯混合物，研究了操作条件的改变对渗透通量和分离系数的影响。料液温度范围为40-60℃， 甲醇浓度2-34wt％，膜的分离系数为4.1-6.4。以上渗透汽化分离甲醇/醋酸甲酯混合物所采用的膜均存在分离系数较低，分离效率不高的问题。 

发明内容

本发明所要解决的首要技术问题是针对现有背景技术而提供一种机械强度高、稳定性好且具有良好分离性能的用于渗透汽化分离甲醇/醋酸甲酯共沸体系的有机-无机杂化膜。 

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种用于渗透汽化分离甲醇/醋酸甲酯共沸体系的有机-无机杂化膜的制备方法，且制膜方法过程简单。 

本发明为解决上述首要技术问题所采取的技术方案为：一种用于渗透汽化分离甲醇/醋酸甲酯共沸体系的有机-无机杂化膜，其特征在于所述有机-无机杂化膜是由4A分子筛填充的4，4’-双叠氮芪-2，2’-二磺酸钠(DAS)交联的聚乙烯醇(PVA)/聚乙烯吡咯烷酮(PVP)有机-无机杂化膜。 

所述有机-无机杂化膜中聚乙烯吡咯烷酮的质量百分含量为10～50％，4A分子筛含量在1.5～5wt％。 

本发明解决上述第二个技术问题所采取的技术方案为：一种用于渗透汽化分离甲醇/醋酸甲酯共沸体系的有机-无机杂化膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤： 

(1)PVA/PVP/4A分子筛共混液的配制：按一定比例将聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、4A分子筛加入到含溶剂二甲基亚砜(DMSO)的烧瓶中，于90～100℃恒温水浴中加热搅拌使PVA及PVP完全溶解且4A分子筛均匀分散，得到均匀的PVA/PVP/4A分子筛共混液；其中含PVA/PVP两者总浓度在8-12wt％，PVP与PVA的质量比为1∶9～1∶1，4A分子筛占PVA/PVP/4A分子筛三者总量的1～5wt％； 

(2)4，4’-双叠氮芪-2，2’-二磺酸钠(DAS)溶液的配制：在避光条件下，按4，4’-双叠氮芪-2，2’-二磺酸钠(DAS)和步骤(1)中聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1∶9～1∶1的比例称取一定量的DAS，溶解于二甲基亚砜中避光搅拌溶解，DAS溶液的质量与步骤(1)中的PVA/PVP/4A分子筛共混液采用1∶0.9～1.1质量比，优选质量相等； 

(2)PVA/PVP/4A分子筛共混铸膜液的配制：在避光条件下，将步骤(2)配制的4，4’-双叠氮芪-2，2’-二磺酸钠的二甲基亚砜溶液和步骤(1)中的PVA/PVP/4A分子筛共混液混合搅拌均匀，过滤、脱泡； 

(3)在避光条件下，将PVA/PVP/4A分子筛共混铸膜液在洁净的玻璃板上刮膜，加热烘干。