[发明专利]一种中空纤维分子筛膜的批量化制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种中空纤维分子筛膜的批量化制备方法，属无机膜制备领域。

技术背景

渗透汽化膜分离是一种高效，低能耗，操作简单的新型膜分离技术。渗透汽化是利用组分在膜材料中溶解(吸附)-扩散速率的不同或者分子大小的差别，于分离膜上游侧液相进料，在下游侧渗透组分以蒸汽的形式移走，实现组分间的分离。该过程不受分离体系汽液平衡的限制，单级分离效率高，在恒沸混合物分离、回收溶剂和脱除微量水等方面具有独特的优势。随着膜材料制备技术的不断进步，用于多元液相体系分离的渗透汽化膜技术也得到了快速的发展，成为21世纪最有前途的高新技术之一。

沸石分子筛膜是一类具有规则微孔道结构的无机膜材料，主要成分为硅铝酸盐。该类膜材料孔径在1nm以下，与分子尺寸接近，借助孔道的吸附选择性或分子筛分特性，沸石分子筛膜能够实现不同分子间的分离。目前用于渗透汽化的透水分子筛膜材料类型主要有NaA型、NaY型、T型等，并表现出优异的渗透汽化性能。其中，NaA型沸石分子筛膜的研究最为广泛，该类膜材料具有8元环孔道结构(有效孔径0.42nm)和强亲水性质，表现出相当高的水选择性，已实现大规模工业应用。商品化NaA分子筛膜的构型多为管式和多通道，其组件装填密度偏低，膜组件设备投资较大，影响了整套设备经济效益的提高。然而，陶瓷中空纤维支撑体直径可小于2mm，其组件装填密度可高达3000m²/m³；另外，陶瓷中空纤维壁较薄，渗透阻力较小，可较大幅度地提高分子筛膜的渗透汽化通量，有利于降低膜组件的设备投资，提升膜组件的运行效率，提高整套装置的经济效益。因此，高装填密度中空纤维分子筛膜及其组件的大规模应用，可有效地降低渗透汽化分离过程的膜设备投资，显著提高经济效益。然而，对于相同膜面积的分子筛膜来讲，所需中空纤维膜的数量一般是管式膜数量的十倍甚至是数十倍。因而，中空纤维分子筛膜的批量化、大规模制备工艺及其组件的快速封装是中空纤维分子筛膜产业化应用过程中亟待解决的核心问题。

目前，二次生长法是商品化分子筛膜的主要生产工艺。预先在支撑体表面均匀涂覆一层分子筛晶种，然后在合成液中水热合成致密的分子筛膜层。晶种层的引入，不但可以预先提供分子筛晶体生长的晶核，，缩短合成时间，而且还可以修补支撑体表面大孔缺陷，增加分子筛晶体生产交联程度，提高膜成品率和重复性。因此，高质量晶种层的引入是二次生长法制备分子筛膜的关键。

针对管式支撑体表面晶种层的引入和分子筛膜的制备工艺，已有多篇专利公开报道。中国专利CN 1597072A公布了一种密闭横置水热合成管式NaA分子筛膜的方法，经一次水热合成即可制得了高性能多孔管状渗透汽化NaA型分子筛膜；中国专利CN101381087B公开了一种适宜工业应用的先涂擦后浸渍的涂晶方法，在廉价莫来石管式支撑体上水热合成了高性能的NaA型分子筛膜，其通量达2.5～3kg/m²·h；同时，该方法涂覆的晶种层较为均匀，显著提高了膜的成品率；中国专利CN101544379A将浸渍-滚擦晶种涂覆方法用于中空纤维NaA分子筛膜的制备，该涂晶方法能获得比较稀薄的晶种层，改善了晶种分布的均匀性。但是，擦涂和滚擦等工艺过程，操作要求较高，机械化难度较大，不适于中空纤维分子筛膜的大规模制备。中国专利CN1180877C和CN1274396C将真空抽吸法涂覆晶种引入分子筛膜的合成，采用循环水泵抽吸晶种或合成母液改善弯曲表面的涂覆环境，合成出了管式NaA分子筛膜，但是该专利仅局限单根分子筛膜的制备，效率较低，而且所制备分子筛膜通量偏低。中国专利CN101746776A公开了一种原位陈化-微波合成制备中空纤维NaA分子筛膜的方法，该方法以原位陈化替代操作较为复杂的晶种涂覆步骤，但是微波合成设备投资高，大规模工业应用难度较大。因此，针对中空纤维陶瓷支撑体开发快速、简易的晶种涂覆技术和膜制备技术是十分必要的。

发明内容

本发明的目的是为了改进现有技术的不足而提供一种中空纤维分子筛膜的批量化制备方法；通过对中空纤维陶瓷支撑体的规整集束，整束进行晶种的涂覆，避免了繁琐的单根操作过程，降低了纤维的折损率，显著提高了生产效率，提高了膜的成品率和重复性。该方法有助于突破中空纤维分子筛膜批量化制备的技术瓶颈，满足分子筛膜规模化制备的需求。

本发明的技术方案为：一种中空纤维分子筛膜批量化制备的方法，其特征为以中空纤维支撑体集束为基本单元进行分子筛膜的批量化制备与组件封装，具体步骤如下：

(1)对中空纤维陶瓷支撑体进行表面预处理，将其规整封装成集束；