NaA型沸石分子筛膜具有规整的孔道结构和良好的热、化学稳定性,在有机溶剂脱水方面表现出广阔的应用前景。NaA分子筛膜孔道直径在0.42nm左右,大于水分子尺寸而小于大部分有机物,同时该类膜材料具有很强的亲水性能,因而表现出相当高的水选择渗透性。NaA分子筛膜是一种非对称膜,薄膜层为NaA型沸石分子筛,支撑体一般选用管式Al2O3,薄膜层附着在支撑体的外表面。 NaA型沸石分子筛膜的合成方法如下:(1)采用晶种修饰支撑体缺陷。将支撑体打磨光滑,采用超声清洗掉支撑体内残留的粉末后干燥;配制NaA型分子筛晶种糊状物,将晶种糊状物擦涂支撑体外表面,然后将擦涂完晶种的支撑体烘干。(2)预涂晶种。将NaA型分子筛晶种分散于去离子水中,采用超声波处理,使其分散均匀,得到NaA型分子筛晶种悬浮液;将(1)处理后的支撑体置于NaA型分子筛晶种悬浮溶液中后取出,放到烘箱中烘干,得到预涂晶种的支撑体。(3)合成NaA型分子筛膜。将偏铝酸钠和氢氧化钠溶于去离子水中,待澄清后加入硅酸钠溶液,搅拌得到的混合物,直至溶液为均相,得到组成为Al2O3:SiO2:Na2O:H20=1:2:1.9-2.2:100-150的NaA型分子筛膜的母液;将(2)步骤预涂晶种的支撑体放入反应釜内,倒入母液进行水热合成反应;取出后用蒸馏水洗涤调节PH值,放入烘箱内烘干,得到NaA型沸石分子筛膜。
采用无机渗透汽化膜分离技术进行有机物脱水,可代替蒸馏、萃取、吸附等传统分离方法,能够以低能耗获得高质量的产品,现实常规方法很难或无法实现的分离要求,在有机物或混合有机物中少量或微量水分的脱除上具有明显优势。
1、回收率高达99%:单独利用渗透汽化脱水工艺,回收率可达97%以上,如果与蒸馏联用,回收率可以达到99%以上;
2、节能75%以上:由技术原理决定了渗透汽化膜分离装置的节能和高效的特点,所需能耗只有恒沸精馏和吸附的20%-25%;
3、污染物零排放:透过物可以回收再利用,实现污染物零排放,目标处理对象全利用;
4、产品纯净度高:分离过程不需要加入任何萃取剂等其他物质,保证产品的纯净,更适合医药化工行业对溶剂的要求;
5、节省空间80%以上:与精馏分离设备相比可节约空间80%以上,与有机膜渗透汽化相比,不需要真空罩,节省空间且方便维护;
6、寿命长,分离系数高:和渗透汽化有机膜相比有通量大、分离系数高、无溶胀、耐溶剂耐腐蚀强、膜的寿命长等特点;
7、全自动生产、品质稳定:设备开车正常运行后不需过多的调节操作,自动仪表监控,实现全自动化操作。
溶解扩散模型 溶解扩散模型认为PV 传质过程分为3步: 渗透物小分子在进料侧膜面溶解(吸 附) 在活度梯度的作用下扩散过膜; 在透过侧膜面解吸(汽化)。 在PV 的典型操作条件下, 第3步速度很快, 对整个传质过程影响不大。而第1步的溶解过程和第2步的扩散过程不仅取决于高聚物膜的性质和状态, 还和渗透物分子的性质、渗透物分子之间及渗透物分子和高聚物材料之间的相互作用密切相关。因而溶解扩散模型最终归结到对第1步和第2步, 即渗透物小分子在膜中的溶解过程和扩散过程的描述。一般研究者都认为PV 过程的溶解过程达到了平衡[2]。对于这种考虑, 可以通过Henry 定律(对渗透物小分子和膜材料之间无相互作用力的理想情形) 或双方吸收模型(对渗透物小分子和膜材料之间存在较弱相互作用力的情形) 或Flory-Huggins 模型(对渗透物小分子和膜材料之间存在较强相互作用力的情形) 计算得到渗透物小分子在膜表面的溶解度。近年来,Doong 等考虑到组分在膜中混合焓变、自由体积焓变、相互作用焓变和弹性焓变对总溶解焓变的影响, 提出了一个更为复杂的计算进料侧膜面组份活度的方法。