[发明专利]无机粒子复合的聚氨酯渗透汽化苯酚/水分离膜的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种可用于渗透汽化法分离苯酚/水的无机粒子复合的聚氨酯膜的制备方法，属于渗透汽化膜分离技术领域。

背景技术：

渗透汽化（Pervaporation，PV）是在液体混合物组分的蒸汽压差推动下,利用组分通过膜的溶解与扩散速率的不同来实现组分分离的过程。它是一种非常有前景的膜分离技术，而且越来越被公认为能替代传统分离方法如蒸馏和液液萃取的节能高效技术，可应用于有机溶剂脱水、水中除去有机物（如芳香族化合物）、极性/非极性分离（如醇/脂肪族化合物）、饱和/不饱和分离（如环己烷/苯）、异构体分离（如二甲苯异构体）等方面，被学术界认为是21世纪化工领域最有前途的高新技术之一。相对于传统方法，渗透汽化膜分离技术具有投资少、操作费用低、分离效率高、易于规模化、可扩充性好、便于控制、易更换等显著优点，已经在水中有机物回收领域显示出了良好的经济优势。

由于涉及到了渗透物与膜、渗透物组分之间的复杂相互作用，以溶解-扩散模型来描述渗透汽化传质过程最为普遍。按照此种模型，其分离过程可分为以下三步：

（1）分离物质在膜表面上选择性地被吸附、溶解，因为膜对不同组分的亲和力不同，而且不同组分在膜中的溶解度也不同。通常所选的膜对料液中含量较少组分有较好的亲和力，因此该组分在膜中得到富集，其浓度会大大高于溶液中浓度。大量实验证明，溶剂在膜中的溶解度是决定膜选择性的决定性因素。料液组分在膜中的溶解度差别越大，膜分离效果越好。此步骤与分离组分和膜材料的热力学性质有关，属于热力学过程。

（2）溶解在膜上游侧表面的组分在分压差（化学位梯度）的作用下，以分子扩散的形式由上游侧向下游侧扩散。由于组分在膜中的扩散速度与其在膜中的溶解度有关，溶解度较大的组分通常具有较大的扩散速度，而后得到进一步富集，膜的选择性进一步得到提高。该步骤为渗透汽化速率的控制步骤，涉及到速率，属动力学过程。

（3）在下游侧，渗透组分变成气相后脱附而与膜分离。由于在一般操作中，气相侧的压力总是能够达到低于液相侧组分的饱和蒸汽压，因此只要真空度足够高，脱附过程不会构成整个渗透汽化过程的传质阻力，对混合物分离的选择性不会产生影响。评价渗透汽化膜的性能主要有两个指标，即膜的渗透通量和选择性。

1）渗透通量，其定义式为：

J=MA·t]]>

式中，M为渗透过膜的渗透液质量；A为膜面积，m²；t为操作时间，h；J为渗透通量，kg/(m²·h)或g/(m²·h)。如为均质膜，则在此基础上再乘以膜的厚度（一般以μm为单位），则J的单位为kg·μm/(m²·h)或g·μm/(m²·h)

2）分离因子α，其定义式为：

α=YA/YBXA/XB]]>

式中，A表示优先透过组分；Y_A与Y_B分别为在渗透物中A与B两种组分的摩尔分数；X_A与X_B分别为料液中A与B两种组分的摩尔分数。