Page 16 - 《精细化工》2021年第3期

·436· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷

甲氧基硅烷（MPTMS） [24] 等。其中，TEO 是非功 一有机/水共混物的分离。比如：有机物从地下水或
能性前驱体的代表，只起到给膜提供无机组分的作 饮用水中去除、酒精从啤酒和葡萄酒中去除、汽油
用而不参与水解缩合反应，是最常用的一种硅基前 脱硫和苯/环正己烷分离。在许多工业应用中，纯有
驱体。而对于 APTES、GPTMS 和 MPTMS 等，不 机物作为溶剂和反应物都是不可缺少的，有机物中
仅可以提供无机组分，还可以作为交联剂，大大提 水的存在不利于高质量和高效率的工业生产。本部
高了界面相容性，减少了非理想界面效应。 分列举了几种渗透汽化中经常处理的有机溶剂，并
共混法、原位杂化法等多用于混凝土状杂化膜 将前人做的研究进行了对比。
的制备，而溶胶-凝胶法多用于夹心状杂化膜的制 3.1 醇类脱水
备。MENG 等 [25] 采用溶胶-凝胶法制备 BTESE-TEO 渗透汽化分离醇类水溶液主要研究的是乙醇和
硅基杂化膜。首先用 BTESE 和 TEO 作为前驱体分 异丙醇（IPA）。乙醇是一种常用的商业生物燃料，
别制备单一前驱体的 BTESE 硅基杂化膜和 TEO 硅 因为它环保且廉价，是化石燃料的替代品 [29] 。近年
基杂化膜，但多前驱体的混合杂化膜需将两种溶胶 来，全世界乙醇作为液体生物燃料的产量已达到每

按一定的比例混合。制备的杂化膜需附着在 α-Al 2 O 3 年 1022 亿升。美国和巴西是乙醇的主要生产国，占
载体管（直径 10 mm，平均孔径 1 μm，长 100 mm） 世界总产量的 27%。由于其用途广泛、产量巨大，
上。为了使膜层之间的过渡更均匀，在分离层（有 被称为领先的生物燃料和汽油添加剂 [30] 。过去，乙
机杂化层）和载体管之间要用 SiO 2 -ZrO 2 溶胶为粘结 醇和水分离是通过共沸蒸馏进行，如今人们越来越
剂均匀附着一层 α-Al 2 O 3 粉末，先后附着粒径分别 重视更加绿色低能耗的渗透汽化法。EVCIN 等 [31]
为 1.9 和 0.2 μm，并在颗粒层和分离膜层之间用 利用沸石膜成功地分离乙醇-水溶液，其对乙醇截留
SiO 2 -ZrO 2 烧制一层过渡层 [26] 。HIROKI 等 [27] 也采用 率达 99.5%，而 KANSE 等 [32] 使用聚乙烯醇（PVA）
溶胶-凝胶法制备 BTESE/二氧化硅杂化膜，其结构 膜对乙醇-水溶液进行分离，其对乙醇截留率达 98%。
如图 4 所示。 IPA 也是一种常用的化工原料，它可以用作有
机溶剂、工业清洗剂和燃料防冻剂，且性能优良，
被广泛用于化学研究、能源开发、电子和制药工业
中。工业应用对 IPA 产品的纯度，特别是水含量通
常提出较高的要求，由于常压下 IPA 与水会形成含
水质量分数为 12.6%的共沸物 [33] ，且在普通的精馏
操作条件下很难得到 IPA 含水质量分数低于共沸组
成（12.6%）的产品。因此，共沸水脱除成为 IPA 生
产技术发展的关注热点。IPA 在化学工业中被广泛
用作溶剂，在电力和电子工业中被用作清洗剂。因
此，从环境和经济角度来看，回收使用过的异丙醇
十分必要。
HIROKI 等 [27] 制备并应用 BTESE/二氧化硅杂
化膜对异丙醇水溶液进行渗透汽化脱水，在 75 ℃
下，该膜在质量分数 50% IPA 水溶液的长期（48 h

图 4 BTESE/二氧化硅杂化膜结构 [27] 连续实验）渗透汽化实验中表现出优异的稳定性（分
Fig. 4 Structure of BTESE/silicon dioxide hybrid film [27] 离系数保持在 2000 以上）。结果表明，BTESE/二氧

化硅杂化膜适用于高含水量混合物的脱水。此外，
3 有机-无机杂化膜的渗透汽化应用 NaA 型沸石膜也表现出优异的渗透汽化脱水性能，
在 75 ℃下，对质量分数 90%乙醇水溶液的渗透通量
2
渗透汽化膜在有机溶剂脱水中的应用是指从有 高达为 8.5 kg/(m ·h)，分离系数大于 10000 [34] 。此
机/水溶液或水/有机溶液中分离水，如用于乙醇燃料 外，学者们还研究沸石如硅石-1 [35] 、ZSM-5 [36] 和
的乙醇脱水和异丙醇脱水。在浓度差或压力差的作 4A 型沸石对醇类水溶液的渗透汽化脱水 [37] ，由于材
用下，水及部分小分子物质会透过膜孔，而大分子 料具有微孔结构适用于乙醇和异丙醇的脱水。
有机物将会被截留在膜表面，最终达到有机溶剂提 PREMAKSHI 等 [38] 制备了 NaY 沸石/二异氰酸酯交
纯的效果 [28] 。有机溶剂渗透汽化的应用可以根据其 联壳聚糖（CS）膜，有效地克服了渗透性和选择性
各自的混合物组分进一步细分，包括某有机物与另 之间的权衡效应。通过调整 NaY 和 CS 的比例，对