4A分子篩用于回收異丙醇除水及其再生的研究

賈世謙

(青島科技大學(xué) 化工學(xué)院，山東 青島 266042)

4A分子篩用于回收異丙醇除水及其再生的研究

賈世謙

(青島科技大學(xué) 化工學(xué)院，山東 青島 266042)

研究了多種除水劑對(duì)含過量水的異丙醇不同的除水能力。確定了4A分子篩具有良好的除水能力，蒸餾法會(huì)使其除水能力下降。4A分子篩可以再生重復(fù)使用5次以上，研究了再生后重復(fù)使用對(duì)異丙醇除水能力和分子篩質(zhì)量的影響。

異丙醇；除水；分子篩；再生

工業(yè)生產(chǎn)中存在大量回收異丙醇，而這種異丙醇中含有超標(biāo)的水分，從而限制異丙醇的再次使用。而異丙醇傳統(tǒng)的除水方式有高毒高能耗的缺點(diǎn)。為了除去異丙醇中的水分，并彌補(bǔ)傳統(tǒng)的使用有毒溶劑的缺點(diǎn)，進(jìn)行了以4A分子篩為主要除水劑[1-3]的探索異丙醇除水的實(shí)驗(yàn)，并制作蒸餾柱，用蒸餾法來(lái)探索用于工業(yè)化生產(chǎn)的可能性。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

硅膠，A型硅膠，蘇州中達(dá)干燥劑有限公司；無(wú)水硅酸鎂，化學(xué)純，山東金濤輕工科技有限公司；無(wú)水硫酸銅，化學(xué)純，石家莊紫金銅業(yè)有限公司；分子篩，鈉A型(4A)分子篩，上海嘉定分子篩廠；回收異丙醇，山東藍(lán)星東大化工有限責(zé)任公司；

1.2 儀器與設(shè)備

DT-305型全自動(dòng)微量水分測(cè)定儀，淄博華坤電子儀器有限公司；自動(dòng)控溫電熱帶，電熱帶江蘇環(huán)亞電熱儀表有限公司；ZKSFB-1型真空干燥箱，上海樹立儀器儀表有限公司；FA1004B型高精度電子天平，上海越平教學(xué)儀器公司

1.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

(1)分別以硅膠、無(wú)水MgSO4/CuSO4(質(zhì)量比2:1)、 4A分子篩為除水劑，取一定量除水劑放到120℃烘箱中烘焙處理4小時(shí)。稱取20g處理過的除水劑放入具塞錐形瓶中。準(zhǔn)確量取150g異丙醇倒入上述錐形瓶中。密封靜置[4]，檢測(cè)不同時(shí)間點(diǎn)異丙醇中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

(2)分別以硅膠、無(wú)水MgSO4/CuSO4、4A分子篩為除水劑，稱取50g已活化的除水劑放進(jìn)冷凝管中做成柱狀。取200g回收的異丙醇于三口燒瓶中，進(jìn)行蒸餾依次經(jīng)過裝有除水劑的冷凝管，冷凝管，并抽真空。升溫至50℃開始抽真空蒸餾，直至溫度快速升至150℃直至無(wú)餾分蒸出。檢測(cè)餾分中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。其中用再生的4A分子篩重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同除水劑靜置法除水劑的除水效果分析

使用硅膠、無(wú)水MgSO4/CuSO4(質(zhì)量比2:1)、 4A分子篩三種除水劑分別使用靜置法，在不同的時(shí)間點(diǎn)測(cè)量異丙醇中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

由圖1中可知，三種除水劑在異丙醇除水過程中，水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)都是先迅速降低，再緩慢下降。由圖1可以發(fā)現(xiàn)，初期除水效果最好的依次是無(wú)水MgSO4/CuSO4、硅膠、4A分子篩，最終吸水能力最強(qiáng)的依次是無(wú)水MgSO4/CuSO4、4A分子篩、硅膠。這種現(xiàn)象的產(chǎn)生是因?yàn)椴煌畡┑某硪约俺牧系谋缺砻娣e不同。無(wú)水MgSO4/CuSO4表觀粉末狀，且以分子結(jié)晶水的形式吸附大量的水，這種形式的除水作用迅速而且效果明顯。4A分子篩與硅膠比表面積類似，而吸附面的極性作用要更強(qiáng)，因而除水作用居中。硅膠無(wú)論是比表面積還是吸附面的極性作用最弱，因而效果最差。

2.2 異丙醇靜置法和蒸餾法除水特點(diǎn)的對(duì)比

由于分子篩和硅膠具有良好的顆粒形態(tài)，相比于粉末狀的無(wú)水MgSO4/CuSO4，更加具有工業(yè)使用的可操作性，因而使用硅膠、4A分子篩兩種除水劑，在分別使用靜置法和蒸餾法時(shí)，異同特點(diǎn)對(duì)比，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

表1 異丙醇靜置法和蒸餾法除水特點(diǎn)的對(duì)比

有表2 可以看出，靜置法相比于蒸餾法除水耗費(fèi)時(shí)間更長(zhǎng)，但是除水效果更有優(yōu)勢(shì)。因?yàn)槭钦麴s法由氣相經(jīng)過干燥柱，歷經(jīng)時(shí)間較短，且氣相溫度高，對(duì)除水劑對(duì)水分的吸附能力造成困難。

2.3 4A分子篩的再生對(duì)除水過程的影響

使用再生的4A分子篩進(jìn)行蒸餾實(shí)驗(yàn)，在隨著處理的異丙醇的質(zhì)量增加，分子篩逐漸達(dá)到吸水飽和，因而異丙醇中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也逐漸增加。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 處理后異丙醇中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與處理前的異丙醇質(zhì)量的關(guān)系

由圖2 可以看出餾出物的含水量隨著處理的異丙醇質(zhì)量增加而增加，這與4A分子篩自身吸水逐漸趨于飽和的性質(zhì)相匹配[5-6]。在經(jīng)過再生后，循環(huán)使用次數(shù)對(duì)4A分子篩的除水能力影響不大，這也就證明了4A分子篩可循環(huán)使用的可行性。

2.4 再生次數(shù)對(duì)4A分子篩最大除水能力的影響

采用靜置法，用再生次數(shù)不同的4A分子篩20g分別處理8h的200g異丙醇。異丙醇中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和再生次數(shù)的關(guān)系如圖3所示。

圖3 異丙醇中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和4A分子篩再生次數(shù)的關(guān)系

由圖3 可以看出除水后異丙醇的含水量隨著再生次數(shù)的增加而逐漸增加，在再生次數(shù)超過6次以后，4A分子篩除水能力顯著下降?？赡苁窃偕幚砗螅肿雍Y內(nèi)部微孔以及表面逐漸累積無(wú)法去除的殘留物[7-8]，并隨著再生次數(shù)增加，殘留累積逐漸增加，直至嚴(yán)重影響分子篩的除水能力。

3 結(jié)論

4A分子篩可以用于實(shí)驗(yàn)室的靜置法給異丙醇除水，也可以采取制成蒸餾柱的形式用于異丙醇除水，并具有良好的除水效果。4A分子篩再生5次以內(nèi)的不會(huì)影響對(duì)異丙醇的除水效果，而5次以及更多次數(shù)的再生將使4A分子篩儲(chǔ)水能力大幅度下降，而這與分子篩再生過程中無(wú)法除去殘留物的累積有關(guān)。

[1] Carter J W, Husain H. The simultaneous adsorption of carbon dioxide and water vapour by fixed beds of molecular sieves[J]. Chemical Engineering Science, 1974, 29(1): 267-273.

[2] 王曉梅, 張建榮. 分子篩脫除碳酸酯中微量水的應(yīng)用研究[J]. 河北化工, 2012(10):78-80.

[3] 范榮玉, 吳方棣. 分子篩吸附脫除乙醇中微量水的研究[J].武夷學(xué)院學(xué)報(bào), 2013, 32(2):60-64.

[4] 居沈貴, 劉 健, 張和平. 4A分子篩脫除四氫呋喃中微量水的研究[J].化學(xué)工程師, 2006, 20(6):1-3.

[5] Zhu W, Gora L, Van den Berg A W C, et al. Water vapour separation from permanent gases by a zeolite-4A membrane[J]. Journal of membrane science, 2005, 253(1): 57-66.

[6] 張 鸞. 吸附法脫除苯甲醚中微量水的研究[D]. 天津:天津大學(xué), 2013.

[7] Wu J Y, Liu Q L, Xiong Y, et al. Molecular simulation of water/alcohol mixtures' adsorption and diffusion in zeolite 4A membranes[J]. The Journal of Physical Chemistry B, 2009, 113(13): 4267-4274.

[8] Moore T T, Koros W J. Gas sorption in polymers, molecular sieves, and mixed matrix membranes[J]. Journal of applied polymer science, 2007, 104(6): 4053-4059.

(本文文獻(xiàn)格式：賈世謙.4A分子篩用于回收異丙醇除水及其再生的研究[J].山東化工，2016，45(08)：26-27,30.)

Study on 4A Molecular Sieves Used for Water Removal of Isopropanol and Its Regeneration

Jia Shiqian

(College of Chemical Engineering, Qingdao University of Science and Technology , Qingdao 266042,China)

Water removal property of kinds of water removal agent for isopropanol with excess water was studied. Excellent water removal property of 4A zeolite was confirmed. Distillation could decline the effect of water removal. Besides, 4A zeolite could be recycled used exceed 5 times and its repeated times effected on isopropanol water removal and its weight was researched.

isopropanol; water removal; zeolite; regeneration

2016-03-07

賈世謙(1983—)，山東省淄博人，工程碩士研究生，主要從事聚醚多元醇及聚合物聚醚多元醇的研究。

TQ028.15

A

1008-021X(2016)08-0026-02