[发明专利]酸-碱聚合物共混渗透汽化膜及其制备方法及用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种高分子材料膜，尤其是涉及一种酸-碱聚合物共混渗透汽化膜及其制备方法及用途。

背景技术

甲基叔丁基醚在精细化工生产和无铅汽油生产领域有广泛应用。在生产无铅汽油过程中，它可以用作提高汽油辛烷值的添加剂。甲基叔丁基醚由甲醇和异丁烯反应制得。在反应过程中，人们往往加入过量的甲醇以提高反应转化率。然而，在大气压下，当甲醇质量分数为14.3%时，甲醇/甲基叔丁基醚混合物形成共沸体系。这导致甲醇/甲基叔丁基醚混合物分离问题的出现。在传统化工生产过程中，甲醇/甲基叔丁基醚的分离是通过萃取-精馏工艺实现的：首先用水萃取出甲醇，分离出甲基叔丁基醚，然后，水/甲醇混合物进入精馏单元实现分离，最后分离出的甲醇再进入反应器参与反应。但是，该工艺流程较复杂，而且其中的精馏单元能耗大，操作成本高。

渗透汽化技术是一种新型的膜分离技术。目前普遍认为，其分离原理是液体混合物各组分在蒸汽压差推动下由于它们在膜中的溶解和扩散速率的不同实现分离。与传统的精馏、萃取和吸附工艺相比，具有分离效率高、设备简单、环境友好、稳定性好、操作方便、能耗低、易于放大等优势。它主要用于有机物脱水，水中微量有机物脱除以及有机混合物分离三大领域。尤其在近沸点混合物、共沸物和温度敏感性高的混合体系的分离中更显示其独特的优势。它也可以同生物及化学反应耦合，将反应生成物不断的脱除，使反应转化率得到明显的提高。近10多年来，开发新的膜材料、改进成膜技术和提高膜的渗透性是国内外学术界和工业界共同关注的热点。

对于渗透汽化分离甲醇/甲基叔丁基醚的研究最早的工作是20世纪80年代末的几篇文献(Cen Y.,Wesslein M.,Lichtenthaler R.N.,Proc.of Fourth Intern.Conf.on Pervap.Proc.in the Chem.Ind.[C],1989:522)和美国专利（US4774365和US4960519）。接着世界各地相继开展了这方面的研究工作，主要围绕对甲醇选择性高、通量大的膜材料。其中研究最多的包括醋酸纤维素，改性壳聚糖和无机膜材料，另外聚酰亚胺，聚乙烯醇等材料的研究也有所报道。

酚酞侧基聚芳醚砜和酚酞侧基聚芳醚酮皆属于新型的工程塑料，除了具有良好的机械性能外，还具有优异的耐高温水解性、化学稳定性和尺寸稳定性。由于主链中酚酞侧基的引入，材料的结晶度有所降低，在极性有机溶剂中的溶解性也得到提高。鉴于以上特性，它们在气体分离，超滤/纳滤以及离子交换膜领域得到应用和研究。另外，在浓硫酸作用下，这两种材料还可以在主链苯环上引入磺酸基团得到酸性聚合物。磺酸基团的引入，进一步提高了材料的亲水性和极性，使其更加适用于如甲醇/甲基叔丁基醚这样的极性/非极性体系的分离。虽然磺化材料所制渗透汽化膜对甲醇/甲基叔丁基醚体系的分离因子很高，但是渗透通量较低，需要一些方法对膜的分离性能进行改善。聚乙烯亚胺是一种带有伯胺、仲胺和叔胺基团的碱性支链聚合物。它可以与上述两种磺化材料发生离子交联得到聚离子聚合物。适量聚乙烯亚胺的引入在不明显影响分离因子的同时，可以有效地提高膜的渗透通量。

用以衡量渗透汽化膜分离性能的指标主要有两个，即膜的渗透通量(J)和分离因子(α)。

式中，Q为渗透液的质量(kg)；l为膜厚(μm)；A为膜的有效分离面积(m²)；t为操作时间(h)；J为渗透通量(kg·μm·m^-2·h^-1)。

式中，X和Y为料液和渗透物中甲醇和甲基叔丁基醚的质量分数(%)。

发明内容

本发明的目的是提供一种酸-碱聚合物共混渗透汽化膜及其制备方法及用途。

所述酸-碱聚合物共混渗透汽化膜的制备方法包括以下步骤：

1）将酸性聚合物放入碱溶液中浸泡，所述酸性聚合物转化为以盐形式存在的聚合物；

2）将步骤1）得到的以盐形式存在的聚合物和聚乙烯亚胺分别溶于极性非质子溶剂中，过滤除去不溶物，分别得到质量分数为6%～12%的以盐形式存在的聚合物溶液及聚乙烯亚胺溶液；

3）将步骤2）得到的聚乙烯亚胺溶液加入以盐形式存在的聚合物溶液中，得到以盐形式存在的聚合物与聚乙烯亚胺铸膜液，脱泡后待用；

4）将铸膜液于玻璃板上流延成膜，干燥后，将膜揭下；

5）将步骤4）得到的膜置于酸溶液中浸泡后，用去离子水洗去过量的酸，再将膜退火处理，即得到酸-碱聚合物共混渗透汽化膜。