[发明专利]一种用于强极性溶剂脱水分离的分子筛膜改性方法

说明书

本发明涉及一种用于强极性溶剂脱水分离的分子筛膜改性方法，采用溶胶凝胶法对分子筛膜表面进行金属氧化物涂覆改性。分子筛膜表面涂覆上微纳米尺度的涂层，亲水且能抑制强极性溶剂在分子筛膜表面或者孔道内的吸附。首先，对膜进行干燥处理，然后，将膜置于溶胶中进行处理。最后，对改性后的膜进行清洗并进行后期处理。经过本发明改性后的分子筛膜，在强极性溶剂渗透汽化脱水过程下，具有较高的分离选择性和良好的稳定性，且改性操作简单易行。

技术领域

本发明属于膜分离技术领域，具体涉及一种用于强极性溶剂脱水分离的分子筛膜改性方法。

背景技术

有机溶剂脱水是有机溶剂生产和使用过程中的一个重要环节。然而，大多数有机溶剂与水容易形成共沸物或近沸物，采用常规的精馏、吸附、碱脱水等分离技术不仅存在能耗高工艺流程复杂、效益低下等缺点，而且可能使用对环境有害的添加剂，带来环境污染等问题。渗透汽化膜分离技术作为一种新兴的高效、节能、环保的分离技术，被广泛应用于有机溶剂脱水的研究。NaA等透水分子筛膜亲水性强，分离选择性高。因此在有机溶剂脱水领域具有显著的优势。然而对于强极性溶剂脱水体系，因为强极性溶剂易与水发生竞争吸附，富集在分子筛膜表面或者是孔道内部，会抑制水的渗透，导致分子筛膜的分离稳定性较差。D. Shah等人(J. Membr. Sci., 2000, 179, 185-205)发现二甲基甲酰胺(DMF)和水在分子筛膜表面发生竞争吸附，且二甲基甲酰胺(DMF)与分子筛笼中的阳离子之间存在强静电作用，从而二甲基甲酰胺(DMF)堵住水通道，导致通量下降。Stefan Sommer等人也(Chem.Eng. Process., 2005, 44, 1138-1156)发现二甲基乙酰胺(DMAC)、二甲基甲酰胺(DMF)沸点高，通过膜时造成支撑体的堵塞，进而导致通量衰减。迄今为止，极少有人研究过强极性溶剂造成分子筛膜通量衰减的改性方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于强极性溶剂脱水分离的分子筛膜改性方法，本发明的改性处理方法操作简便，条件温和，可提高分子筛膜在强极性溶剂渗透汽化过程中的稳定性。为实现本发明的技术目的，本发明采用如下技术方案：采用金属氧化物（例如TiO₂、ZrO₂）溶胶在分子筛膜表面进行涂覆改性，在表面加上一层屏障，可以吸附水，并且抑制强极性溶剂的进入，从而提高分子筛膜在强极性溶剂中渗透汽化稳定性。

本发明的第一个方面，提供了：

一种分子筛膜，所述的分子筛膜的表面覆有金属氧化物层。

在一个实施方式中，所述的金属氧化物是具有强亲水性的金属氧化物。

在一个实施方式中，所述的强亲水性是指水滴在金属氧化物的表面的接触角小于90°，更优选是小于70°，再优选是小于40°。

在一个实施方式中，所述的金属选自IV B族、VB 族、VIII 族、I B族、II B族或者III A族的金属元素；更优选是IV B族的金属元素。

在一个实施方式中，所述的金属选自钛或者锆。

在一个实施方式中，所述的分子筛膜的材质是无机材料。

在一个实施方式中，所述的分子筛膜的材质选自NaA、T型、CHA、ZSM-5、MOR、NaY分子筛膜。

在一个实施方式中，所述的金属氧化物层的厚度在0.01 ～10μm之间。

本发明的第二个方面，提供了：

一种分子筛膜的制备方法，包括如下步骤：

i) 制备金属氧化物的溶胶；

i i) 将溶胶施加于分子筛膜的表面；

i i i) 对分子筛膜进行干燥处理。