用于乙腈廢液脫水滲透汽化膜的溶脹實驗研究

陳 超

(天津渤海職業技術學院 天津300402)

用于乙腈廢液脫水滲透汽化膜的溶脹實驗研究

陳 超

(天津渤海職業技術學院 天津300402)

采用 KOCH復合膜對乙腈廢液進行溶脹實驗研究，考察了不同乙腈濃度的浸泡液對復合膜溶脹性能的影響，發現該復合膜對水優先吸附溶解，為親水性優先透水膜。同時在料液濃度為 84%左右時，復合膜的總溶脹度達到最大值1.8，此膜片適用于乙腈廢液體系的脫水分離。

滲透汽化膜 溶脹實驗 乙腈廢液

乙腈在制藥和石油化工等領域有著廣泛的應用。乙腈有優良的溶劑性能，在制藥工業中用作合成維生素 A、可的松、磺胺類藥物及其中間體。傳統工藝對乙腈廢液的精制、回收主要采用精餾的方法，該工藝存在產品純度低、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，影響分離效果等問題。[1-2]

滲透汽化膜分離是近十幾年來頗受關注的一項新型膜分離技術，該技術由于固有的低能耗、不引入第三組分、排污少等特點，得到了人們的普遍認同。[3-5]本文利用乙腈廢液研究滲透汽化膜——KOCH 復合膜(美國科氏)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 實驗部分

1.1 實驗原料(見表1)

表1 實驗試劑及來源Tab.1 List of experiment reagents and manufacturers

1.2 溶脹實驗測定

1.2.1 膜溶脹度的測定(吸附)

將 16,cm2的方形膜(KOCH復合膜)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，放入已知質量的稱量瓶中稱量，稱得膜的濕重Gw，溶脹度由下式計算：

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定(解吸)

測量裝置如圖 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，去除系統中的不凝氣體。1,h后關閉閥門 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中冷凝下來的液體用氣相色譜儀測定濃度。

1.3 料液濃度的測定

采用北京分析儀器廠的SP-3420型氣相色譜儀，HW-2000色譜工作站測定料液的濃度，測定時采用校正歸一化法，以峰面積為定量依據。[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 結果與討論

2.1 溶脹實驗數據

在不同乙腈濃度的浸泡液中，KOCH復合膜的溶脹數據見表3：

表3 膜的溶脹數據Tab.3 Swelling data of the membrane

2.2 膜的溶脹度與浸泡液組成的關系

浸泡液組成對 KOCH復合膜總溶脹度、溶脹水量和溶脹乙腈量的影響如圖2所示。

由圖 2可知，復合膜的總溶脹度、溶脹水量和溶脹乙腈量皆隨料液中乙腈質量濃度的增加呈下降趨勢，在乙腈濃度達到 98%以上時，接近不溶脹。水的溶脹量在全實驗濃度范圍內高于乙腈，這是由于復合膜易于吸附水，水為優先透過組分，且隨著料液中乙腈質量濃度的增加，膜逐步收縮，膜內自由容積逐步減小造成總溶脹量下降。

2.3 膜中吸附液組成和浸泡液組成的關系

浸泡液中水濃度與乙腈濃度之間的關系如圖 3所示。

由圖3可知，在整個測定范圍內，吸附液中水的

圖2 料液組成對 KOCH復合膜總溶脹度、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

質量濃度遠高于浸泡液中水的質量濃度，但膜的吸附液中水質量濃度隨浸泡液中乙腈質量濃度的增加而降低。由于復合膜表面存在著活性基團-OH，極性基團-OH易于和水中的 H形成氫鍵，從而使該復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合，造成吸附液中水質量濃度降低。

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

3 結 論

通過對用于滲透汽化過程處理醫藥行業乙腈廢液 KOCH復合膜的溶脹性實驗，考察了浸泡液濃度對其分離性能的影響，發現該復合膜對水優先吸附溶解，為親水性優先透水膜。同時在料液濃度為 84%左右時，復合膜的總溶脹度最大值為 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開發與應用[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，秦培勇，陳翠仙. 滲透汽化和蒸發滲透技術的研究、應用現狀及發展[J]. 膜科學與技術，2003，23(4)：103-109.

［6］ 許國旺. 現代實用氣相色譜法[M]. 北京：化學工業出版社，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