Page 17 - 《精细化工》2021年第3期
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第 3 期                        熊柏闻，等:  渗透汽化有机-无机杂化膜研究进展                                    ·437·


            质量分数 10%的异丙醇水溶液进行分离；NaY 质量                         杂化膜用于模型汽油的脱硫，通过控制二氧化硅纳
            分数为 40%的复合膜的分离效果最好，其分离系数                           米粒子在受限空间中的形成过程。二氧化硅纳米粒
            达 4000。                                            子以原位形成，并均匀地结合到聚合物基体中，由
            3.2    有机酸提纯                                       此制备具有优异机械强度和高分离性能的杂化膜。
                 对于有机酸的脱水研究最多的是乙酸（AcOH）                        此外，他们还将 MIL-101（一种金属有机框架材料）
            水溶液，乙酸是重要的化学产品之一。乙酸/水混合物                           结合到 PDMS 中，获得具有良好渗透性和选择性的
                                                                                           2
            常被用来生产化学品，如乙酸酐、乙酸乙烯酯，并用                            杂化膜〔膜通量达 7.36 kg/(m ·h)，富集选择性为
            作进口产品的溶剂和用于生产新型工业化学品                    [39] 。虽    4.98〕。由于 PDMS 和 MIL-101 之间的良好兼容性以
            然醇脱水工艺取得了成功，但膜在酸性溶液中的稳                             及 MIL-101 对噻吩的优先吸附，此膜对含硫有机物
            定性依然是膜研究的重要问题。如今，商业化膜大                             的选择透过性增加。
            部分是亲水性沸石膜，如沸石 A 膜在酸性溶液中受
            到沸石骨架的脱铝作用，会导致沸石结构的降解。                             4    总结与展望
            在之前的研究中，用于乙醇水溶液脱水的高性能 A
                                                                   渗透汽化技术在杂化膜领域得到广泛的应用，
            型沸石膜在与酸性溶液接触并浸泡 10 min 后被降                         特别是对于醇类的脱水以及产品回收和废水处理等
            解 [40] 。
                                                               方面。由于杂化膜具有许多显著的特性，如：在制
                 研究者为了解决上述问题研究了一系列渗透汽                          备过程中不会影响汽/液平衡、易于制造、成本低、
            化膜，开发了高硅沸石，包括 T 型沸石                   [41] 、摩尔
            （MOR）    [42] 、ZSM-5 [43] 、梅林石（MER）   [44] 和查巴     环境友好等，也使其应用于工业制造领域。膜技术
                        [45]
            兹石（CHA） ，并将其用于 AcOH 渗透汽化脱水。                        的最新进展主要在一些成熟的应用领域，如：无菌
                                                               过滤、血液透析、水净化和气体分离等                  [52] 。膜的制
            后来，用间苯二酚/甲醛聚合物制备的碳膜也被应用
            于 AcOH 水溶液的脱水        [46] ，其对 AcOH 的截留率可           造是基于特定材料进行的，目前，使用的膜制造工
            达到 99%以上。MARCEL 等          [47] 通过溶胶-凝胶法制          艺已经过几十年的规模化和优化，具有成本优势和
                                                               低风险性。无论是从一种特殊的膜应用还是工艺的
            备了 BTESE 衍生的 SiO 2 /γ-Al 2 O 3 杂化膜并用于
                                                               角度，渗透汽化杂化膜都是侧重于材料的选择或制
            AcOH 水溶液脱水，当用单铝磷酸酯对杂化膜改性                                       [53-54]
                                                       2
            后有效地提高了膜的渗透通量，可达到 10 kg/(m ·h)                     造方法的改进          。此外，通过改性的方式提高膜
            以上。而 WASEEM 等        [48] 通过盐酸改性的方法       [49] 制   材料的渗透率和选择性也是不错的研究方向，比如：
                                                               膜制备方式的改进和膜材料的强化。总之，未来渗透
            备了 BTESE 衍生的硅基杂化膜并用于 AcOH 水溶液
                                                               汽化工艺研究的重心为聚合物结晶度、热稳定性等。
            的脱水，用 HCl 处理杂化膜约 100 min，在保持膜
                                                                   而对于渗透汽化的有机-无机杂化膜来说，未来
            渗透通量的同时具有较高的选择性。在 80  ℃下进
                                                               的研究方向主要为：（1）对于膜材料的研究，应积
            行乙酸/水的渗透汽化实验，合成的 BTESE 衍生硅
                                        2
            基杂化膜总通量为 2.47 kg/(m ·h)，分离因子约为                     极探索具有多功能化学基团和具有明确层次结构的
            350，但 HCl 处理（100 min）后 BTESE 衍生硅基杂                 聚合物材料；（2）需要探索具有更精确调节能力的
            化膜分离因子高达 780，膜总通量略微降低〔2.07                         新型制备方法；（3）超薄、无缺陷和分层的膜结构
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            kg/(m ·h）〕。                                        要注意提高其渗透通量，特别是用于分离散装化学
            3.3    有机混合物的分离                                    品；（4）在质量传输机制方面，应进一步研究其机
                 对于有机-有机混合溶剂的分离，渗透汽化被认                         理。溶液的解耦合和扩散传输过程研究不仅有助于
            为是一种有前景的节能环保工艺技术。由于有机分                             更明确地分析质量运输，也为渗透汽化性能的增强
            子间具有很强的相互作用，渗透汽化分离有机物也                             提供新的理论依据；（5）在工业应用领域，需要进
            是富有挑战性的过程。在工业生产中，渗透汽化多                             一步讨论如何分离由物理化学性质和分子大小相似
            用于液态有机物的分离，如苯/正己烷、甲醇/甲基叔                           的化合物组成的有机混合物，如异构体，以及多组
            丁基醚（MTBE）、苯/环己烷等，有机-无机杂化膜                          分有机混合物，如：石油脑中的直链/支链烷烃、汽
            也运用在有机混合溶剂的分离。近年来，汽油中硫                             油或柴油中的芳香/脂肪烃等。
            化物的去除受到广泛关注，膜分离是用于石油化工                                 随着在空间和时间尺度上对膜结构及动力学进
            燃料脱硫的一项新技术。杂化膜对脱硫过程非常关                             行原位和多维分析的新工具出现，研究者更能了解
            键，因为此过程可以潜在地克服权衡效应                    [50] ，从而     杂化膜材料和混合液体分子的结构、动力学和相互
            同时实现高选择性和高渗透性。                                     作用机理，能促进渗透汽化杂化膜在更广阔的领域
                 LI 等 [51] 制备了聚二甲基硅氧烷（PDMS）-SiO 2              得以应用。
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