[发明专利]一种高效分离极性与非极性溶剂的天然蛭石层状膜

说明书

本发明涉及纳滤膜分离技术领域，公开了一种高效分离极性与非极性溶剂的天然蛭石层状膜；所述天然蛭石层状膜用于极性与非极性溶剂的分离；所述天然蛭石层状膜的制备方法包括以下步骤：S1，采用天然蛭石粉末，通过边插层边剥离的方法制备得到天然蛭石纳米片；S2，采用交联剂改性的多孔膜为基膜，将步骤S1获得的天然蛭石纳米片沉降到基膜上得到天然蛭石层状膜。本发明获得的天然蛭石层状膜制作成本低，具有层间距相对较大的规则平直亲水性层间通道，极性溶剂渗透通量高，极性与非极性溶剂分离选择性高，特别是乙腈与甲苯分离因子高达43.6，且膜操作稳定性优异，可以在良好的操作状态下实现高效乙腈和甲苯选择性分离。

技术领域

本发明涉及纳滤膜分离技术领域，特别是涉及一种高效分离极性与非极性溶剂的天然蛭石层状膜。

背景技术

有机溶剂在石油化工、精细化工、制药与食品工业中广泛使用，用量大且市场需求呈逐年增加趋势，但其任意排放会导致严重的环境问题。因此对废弃溶剂进行分离、纯化及再生是实现相关工业绿色可持续发展的必由之路。传统的分离方式如蒸馏，间歇萃取精馏等不仅消耗巨大能量而且分离效果不佳，光催化和生物降解也存在一定受限因素，此外工业和技术的发展对产品的要求(纯度)日益提高也带来了传统分离方式无法满足的挑战。极性与非极性溶剂在共沸条件下的分离是当前研究的一大热点，如：乙腈与甲苯、正己烷、环己烷、庚烷等，甲醇与甲苯、苯、正己烷、环己烷、庚烷等。甲苯作为合成各种芳香族衍生药物的基本材料，在生活中体现着重要地位并被工业大量使用，乙腈因其良好溶剂性成为工业中使用最广泛的溶剂之一，其中制药行业使用量占乙腈使用总量的70％。乙腈和甲苯在新型药品研制以及成熟药品的批量生产中作为溶剂或者反应原料使用，产生了大量的乙腈和甲苯混合废液，两者同时入选国际协调会议(ICH)中提到的9种残留溶剂。两者都会对生态与人体造成不可逆转的巨大损害，这就导致了其分离回收在实际生产生活中具有重要而深远的意义，吸引了越来越多科研人员的注意力。

近些年来，快速兴起的膜分离技术在克服了热力学限制(如共沸物的存在)的同时还具有低能耗、良好的分离选择性等优势，给分离应用带来了曙光。尤其是二维(2D)层状膜，因其具有高分子透性、精确筛分和化学稳定性等独特优势而受到越来越多的关注。但常见的二维纳米片成本高昂，高质量纳米片剥离制备与修饰困难，限制了其在工业应用上的发展。而物理结构与化学微环境决定溶剂分子在二维层状膜内部的传质行为。因此，通过选择合适的材料，并进行物理结构调控与化学微环境修饰是制备高效分离极性与非极性溶剂层状膜的主要研究方向。

专利号为CN110449037A的发明专利《一种二维层状蛭石膜、制备及应用》、专利号为CN111389225A的发明专利《一种蛭石基离子筛分膜及其制备方法》、文献《二维层状蛭石膜-分子/离子筛分性能研究》(田梦涛，王磊，王琎；西安建筑科技大学，2021年，硕士论文)等均是采用经高温处理的膨胀蛭石剥离制备二维纳米片组装成二维层状膜，用于离子分离和溶剂与染料的分离；膨胀蛭石纳米片剥离均是采用先离子插层后超声或剪切剥离的方法，剥离时间较长，且所制备二维纳米片横向尺寸均在10微米以上，纳米片尺寸较大，层间传递通道较长；另外，采用经高温热处理的膨胀蛭石制备的蛭石纳米片表面硅羟基含量少，为疏水性蛭石层状膜，离子及溶剂渗透速率低，特别是极性溶剂，且仅能利用层间通道尺寸筛分效应实现不同价态离子分离及溶剂与大尺寸染料的分离。因此，亟需一种高效分离极性与非极性溶剂的天然蛭石层状膜，来满足现有的使用需求。

发明内容