用于乙腈废液脱水渗透汽化膜的溶胀实验研究

陈 超

(天津渤海职业技术学院 天津300402)

用于乙腈废液脱水渗透汽化膜的溶胀实验研究

陈 超

(天津渤海职业技术学院 天津300402)

采用 KOCH复合膜对乙腈废液进行溶胀实验研究，考察了不同乙腈浓度的浸泡液对复合膜溶胀性能的影响，发现该复合膜对水优先吸附溶解，为亲水性优先透水膜。同时在料液浓度为 84%左右时，复合膜的总溶胀度达到最大值1.8，此膜片适用于乙腈废液体系的脱水分离。

渗透汽化膜 溶胀实验 乙腈废液

乙腈在制药和石油化工等领域有着广泛的应用。乙腈有优良的溶剂性能，在制药工业中用作合成维生素 A、可的松、磺胺类药物及其中间体。传统工艺对乙腈废液的精制、回收主要采用精馏的方法，该工艺存在产品纯度低、物耗和能耗高，且精馏后期乙腈和水两组分容易形成共沸物，影响分离效果等问题。[1-2]

渗透汽化膜分离是近十几年来颇受关注的一项新型膜分离技术，该技术由于固有的低能耗、不引入第三组分、排污少等特点，得到了人们的普遍认同。[3-5]本文利用乙腈废液研究渗透汽化膜——KOCH 复合膜(美国科氏)的溶胀性能，从而确定其是否适用于乙腈废液的渗透汽化脱水分离。

1 实验部分

1.1 实验原料(见表1)

表1 实验试剂及来源Tab.1 List of experiment reagents and manufacturers

1.2 溶胀实验测定

1.2.1 膜溶胀度的测定(吸附)

将 16,cm2的方形膜(KOCH复合膜)在 313,k下真空干燥2,h后取出，迅速称得膜干重Gd后，浸泡在恒温298,k下不同浓度的乙腈溶液中，达到溶胀平衡后取出，用滤纸迅速擦干膜表面的液体，放入已知质量的称量瓶中称量，称得膜的湿重Gw，溶胀度由下式计算：

其中：Gw为湿膜重，g；Gd为干膜重，g。

1.2.2 膜中吸附液组成的测定(解吸)

测量装置如图 1所示，解吸压力为 500,Pa(绝压)。

将称重后的湿膜快速放入试管 2中，用液氮冷却，打开阀3抽真空，去除系统中的不凝气体。1,h后关闭阀门 3并将液氮移到试管 1，使试管 2逐渐升温。打开阀门3抽真空，试管1中冷凝下来的液体用气相色谱仪测定浓度。

1.3 料液浓度的测定

采用北京分析仪器厂的SP-3420型气相色谱仪，HW-2000色谱工作站测定料液的浓度，测定时采用校正归一化法，以峰面积为定量依据。[6]气相色谱仪的操作条件如表2所示。

图1 膜中溶胀液组成测定装置Fig.1 Determinator of composition of the swelling liquid in membrane

表2 气相色谱仪的操作条件Tab.2 Operating conditions of the gas chromatograph

2 结果与讨论

2.1 溶胀实验数据

在不同乙腈浓度的浸泡液中，KOCH复合膜的溶胀数据见表3：

表3 膜的溶胀数据Tab.3 Swelling data of the membrane

2.2 膜的溶胀度与浸泡液组成的关系

浸泡液组成对 KOCH复合膜总溶胀度、溶胀水量和溶胀乙腈量的影响如图2所示。

由图 2可知，复合膜的总溶胀度、溶胀水量和溶胀乙腈量皆随料液中乙腈质量浓度的增加呈下降趋势，在乙腈浓度达到 98%以上时，接近不溶胀。水的溶胀量在全实验浓度范围内高于乙腈，这是由于复合膜易于吸附水，水为优先透过组分，且随着料液中乙腈质量浓度的增加，膜逐步收缩，膜内自由容积逐步减小造成总溶胀量下降。

2.3 膜中吸附液组成和浸泡液组成的关系

浸泡液中水浓度与乙腈浓度之间的关系如图 3所示。

由图3可知，在整个测定范围内，吸附液中水的

图2 料液组成对 KOCH复合膜总溶胀度、溶胀水量和溶胀乙腈量的影响Fig.2 Impact of the infusion composition on the total swelling degree of the KOCH composite membrane，swelling water volume and swelling acetonitrile volume

质量浓度远高于浸泡液中水的质量浓度，但膜的吸附液中水质量浓度随浸泡液中乙腈质量浓度的增加而降低。由于复合膜表面存在着活性基团-OH，极性基团-OH易于和水中的 H形成氢键，从而使该复合膜成为一种高吸水性膜，乙腈浓度提高后，乙腈与膜的耦合作用影响水与膜的结合，造成吸附液中水质量浓度降低。

图3 膜中吸附液组成和浸泡液组成的关系Fig.3 The relation of composition in feed and adsorption liquid in the membrane

3 结 论

通过对用于渗透汽化过程处理医药行业乙腈废液 KOCH复合膜的溶胀性实验，考察了浸泡液浓度对其分离性能的影响，发现该复合膜对水优先吸附溶解，为亲水性优先透水膜。同时在料液浓度为 84%左右时，复合膜的总溶胀度最大值为 1.8，此膜片适用于乙腈废液体系的脱水分离。

［1］ 李忠杰. 高纯乙腈精制工艺技术开发与应用[J]. 石油化工，2001，30(10)：785-788.

［2］ 丁立，周荣琪，段占庭. 制药废液中回收乙腈与DMF[J]. 精细化工，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］ 陈镇，秦培勇，陈翠仙. 渗透汽化和蒸发渗透技术的研究、应用现状及发展[J]. 膜科学与技术，2003，23(4)：103-109.

［6］ 许国旺. 现代实用气相色谱法[M]. 北京：化学工业出版社，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