用于乙腈廢液脫水滲透汽化膜的溶脹實(shí)驗(yàn)研究

陳 超

(天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院 天津300402)

用于乙腈廢液脫水滲透汽化膜的溶脹實(shí)驗(yàn)研究

陳 超

(天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院 天津300402)

采用 KOCH復(fù)合膜對(duì)乙腈廢液進(jìn)行溶脹實(shí)驗(yàn)研究，考察了不同乙腈濃度的浸泡液對(duì)復(fù)合膜溶脹性能的影響，發(fā)現(xiàn)該復(fù)合膜對(duì)水優(yōu)先吸附溶解，為親水性優(yōu)先透水膜。同時(shí)在料液濃度為 84%左右時(shí)，復(fù)合膜的總?cè)苊浂冗_(dá)到最大值1.8，此膜片適用于乙腈廢液體系的脫水分離。

滲透汽化膜 溶脹實(shí)驗(yàn) 乙腈廢液

乙腈在制藥和石油化工等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。乙腈有優(yōu)良的溶劑性能，在制藥工業(yè)中用作合成維生素 A、可的松、磺胺類藥物及其中間體。傳統(tǒng)工藝對(duì)乙腈廢液的精制、回收主要采用精餾的方法，該工藝存在產(chǎn)品純度低、物耗和能耗高，且精餾后期乙腈和水兩組分容易形成共沸物，影響分離效果等問(wèn)題。[1-2]

滲透汽化膜分離是近十幾年來(lái)頗受關(guān)注的一項(xiàng)新型膜分離技術(shù)，該技術(shù)由于固有的低能耗、不引入第三組分、排污少等特點(diǎn)，得到了人們的普遍認(rèn)同。[3-5]本文利用乙腈廢液研究滲透汽化膜——KOCH 復(fù)合膜(美國(guó)科氏)的溶脹性能，從而確定其是否適用于乙腈廢液的滲透汽化脫水分離。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料(見表1)

表1 實(shí)驗(yàn)試劑及來(lái)源Tab.1 List of experiment reagents and manufacturers

1.2 溶脹實(shí)驗(yàn)測(cè)定

1.2.1 膜溶脹度的測(cè)定(吸附)

將 16,cm2的方形膜(KOCH復(fù)合膜)在 313,k下真空干燥2,h后取出，迅速稱得膜干重Gd后，浸泡在恒溫298,k下不同濃度的乙腈溶液中，達(dá)到溶脹平衡后取出，用濾紙迅速擦干膜表面的液體，放入已知質(zhì)量的稱量瓶中稱量，稱得膜的濕重Gw，溶脹度由下式計(jì)算：

其中：Gw為濕膜重，g；Gd為干膜重，g。

1.2.2 膜中吸附液組成的測(cè)定(解吸)

測(cè)量裝置如圖 1所示，解吸壓力為 500,Pa(絕壓)。

將稱重后的濕膜快速放入試管 2中，用液氮冷卻，打開閥3抽真空，去除系統(tǒng)中的不凝氣體。1,h后關(guān)閉閥門 3并將液氮移到試管 1，使試管 2逐漸升溫。打開閥門3抽真空，試管1中冷凝下來(lái)的液體用氣相色譜儀測(cè)定濃度。

1.3 料液濃度的測(cè)定

采用北京分析儀器廠的SP-3420型氣相色譜儀，HW-2000色譜工作站測(cè)定料液的濃度，測(cè)定時(shí)采用校正歸一化法，以峰面積為定量依據(jù)。[6]氣相色譜儀的操作條件如表2所示。

圖1 膜中溶脹液組成測(cè)定裝置Fig.1 Determinator of composition of the swelling liquid in membrane

表2 氣相色譜儀的操作條件Tab.2 Operating conditions of the gas chromatograph

2 結(jié)果與討論

2.1 溶脹實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

在不同乙腈濃度的浸泡液中，KOCH復(fù)合膜的溶脹數(shù)據(jù)見表3：

表3 膜的溶脹數(shù)據(jù)Tab.3 Swelling data of the membrane

2.2 膜的溶脹度與浸泡液組成的關(guān)系

浸泡液組成對(duì) KOCH復(fù)合膜總?cè)苊浂?、溶脹水量和溶脹乙腈量的影響如圖2所示。

由圖 2可知，復(fù)合膜的總?cè)苊浂?、溶脹水量和溶脹乙腈量皆隨料液中乙腈質(zhì)量濃度的增加呈下降趨勢(shì)，在乙腈濃度達(dá)到 98%以上時(shí)，接近不溶脹。水的溶脹量在全實(shí)驗(yàn)濃度范圍內(nèi)高于乙腈，這是由于復(fù)合膜易于吸附水，水為優(yōu)先透過(guò)組分，且隨著料液中乙腈質(zhì)量濃度的增加，膜逐步收縮，膜內(nèi)自由容積逐步減小造成總?cè)苊浟肯陆怠?/p>

2.3 膜中吸附液組成和浸泡液組成的關(guān)系

浸泡液中水濃度與乙腈濃度之間的關(guān)系如圖 3所示。

由圖3可知，在整個(gè)測(cè)定范圍內(nèi)，吸附液中水的

圖2 料液組成對(duì) KOCH復(fù)合膜總?cè)苊浂?、溶脹水量和溶脹乙腈量的影響Fig.2 Impact of the infusion composition on the total swelling degree of the KOCH composite membrane，swelling water volume and swelling acetonitrile volume

質(zhì)量濃度遠(yuǎn)高于浸泡液中水的質(zhì)量濃度，但膜的吸附液中水質(zhì)量濃度隨浸泡液中乙腈質(zhì)量濃度的增加而降低。由于復(fù)合膜表面存在著活性基團(tuán)-OH，極性基團(tuán)-OH易于和水中的 H形成氫鍵，從而使該復(fù)合膜成為一種高吸水性膜，乙腈濃度提高后，乙腈與膜的耦合作用影響水與膜的結(jié)合，造成吸附液中水質(zhì)量濃度降低。

圖3 膜中吸附液組成和浸泡液組成的關(guān)系Fig.3 The relation of composition in feed and adsorption liquid in the membrane

3 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)用于滲透汽化過(guò)程處理醫(yī)藥行業(yè)乙腈廢液 KOCH復(fù)合膜的溶脹性實(shí)驗(yàn)，考察了浸泡液濃度對(duì)其分離性能的影響，發(fā)現(xiàn)該復(fù)合膜對(duì)水優(yōu)先吸附溶解，為親水性優(yōu)先透水膜。同時(shí)在料液濃度為 84%左右時(shí)，復(fù)合膜的總?cè)苊浂茸畲笾禐?1.8，此膜片適用于乙腈廢液體系的脫水分離。

［1］ 李忠杰. 高純乙腈精制工藝技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用[J]. 石油化工，2001，30(10)：785-788.

［2］ 丁立，周榮琪，段占庭. 制藥廢液中回收乙腈與DMF[J]. 精細(xì)化工，2000，17(3)：140-142.

［3］ Verhoef A.，Degreve J.，Huyberchs B. Simulation of a hybrid pervaporation distillation process[J]. Computers and Chemical Engineering，2008(32)：1135-1146.

［4］ Han Binbing，Li Jiding，Chen Cuixian，et al. Computer simulation and optimization of pervaporation process[J]. Desalination，2002(145)：187-192.

［5］ 陳鎮(zhèn)，秦培勇，陳翠仙. 滲透汽化和蒸發(fā)滲透技術(shù)的研究、應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展[J]. 膜科學(xué)與技術(shù)，2003，23(4)：103-109.

［6］ 許國(guó)旺. 現(xiàn)代實(shí)用氣相色譜法[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

Study on Swelling Experiment of Pervaporation Membrane for Acetonitrile Waste Dehydration

CHEN Chao
(Tianjin Bohai Vocational Technical College，Tianjin 300402，China)

This article carried out a swelling experiment for acetonitrile waste with the help of KOCH composite membrane. The influence of different concentrations of acetonitrile on swelling properties of the membrane was investigated. The result showed that，as a hydrophilic priority permeable membrane，it was preferentially dissolved by water molecules. When the azeotropic concentration of feed was around 84%，the total swelling degree can reach the maximum value of 1.8. This membrane was suitable for the separation of acetonitrile waste dehydration.

pervaporation membrane；swelling experiment；acetonitrile waste

TQ316.2

A

1006-8945(2014)07-0030-02

2014-06-07