4A分子筛用于回收异丙醇除水及其再生的研究

贾世谦

(青岛科技大学 化工学院，山东 青岛 266042)

4A分子筛用于回收异丙醇除水及其再生的研究

贾世谦

(青岛科技大学 化工学院，山东 青岛 266042)

研究了多种除水剂对含过量水的异丙醇不同的除水能力。确定了4A分子筛具有良好的除水能力，蒸馏法会使其除水能力下降。4A分子筛可以再生重复使用5次以上，研究了再生后重复使用对异丙醇除水能力和分子筛质量的影响。

异丙醇；除水；分子筛；再生

工业生产中存在大量回收异丙醇，而这种异丙醇中含有超标的水分，从而限制异丙醇的再次使用。而异丙醇传统的除水方式有高毒高能耗的缺点。为了除去异丙醇中的水分，并弥补传统的使用有毒溶剂的缺点，进行了以4A分子筛为主要除水剂[1-3]的探索异丙醇除水的实验，并制作蒸馏柱，用蒸馏法来探索用于工业化生产的可能性。

1 实验部分

1.1 原料

硅胶，A型硅胶，苏州中达干燥剂有限公司；无水硅酸镁，化学纯，山东金涛轻工科技有限公司；无水硫酸铜，化学纯，石家庄紫金铜业有限公司；分子筛，钠A型(4A)分子筛，上海嘉定分子筛厂；回收异丙醇，山东蓝星东大化工有限责任公司；

1.2 仪器与设备

DT-305型全自动微量水分测定仪，淄博华坤电子仪器有限公司；自动控温电热带，电热带江苏环亚电热仪表有限公司；ZKSFB-1型真空干燥箱，上海树立仪器仪表有限公司；FA1004B型高精度电子天平，上海越平教学仪器公司

1.3 实验内容

(1)分别以硅胶、无水MgSO4/CuSO4(质量比2:1)、 4A分子筛为除水剂，取一定量除水剂放到120℃烘箱中烘焙处理4小时。称取20g处理过的除水剂放入具塞锥形瓶中。准确量取150g异丙醇倒入上述锥形瓶中。密封静置[4]，检测不同时间点异丙醇中水的质量分数。

(2)分别以硅胶、无水MgSO4/CuSO4、4A分子筛为除水剂，称取50g已活化的除水剂放进冷凝管中做成柱状。取200g回收的异丙醇于三口烧瓶中，进行蒸馏依次经过装有除水剂的冷凝管，冷凝管，并抽真空。升温至50℃开始抽真空蒸馏，直至温度快速升至150℃直至无馏分蒸出。检测馏分中水的质量分数。其中用再生的4A分子筛重复以上实验。

2 结果与讨论

2.1 不同除水剂静置法除水剂的除水效果分析

使用硅胶、无水MgSO4/CuSO4(质量比2:1)、 4A分子筛三种除水剂分别使用静置法，在不同的时间点测量异丙醇中水的质量分数，实验结果如图1所示。

由图1中可知，三种除水剂在异丙醇除水过程中，水的质量分数都是先迅速降低，再缓慢下降。由图1可以发现，初期除水效果最好的依次是无水MgSO4/CuSO4、硅胶、4A分子筛，最终吸水能力最强的依次是无水MgSO4/CuSO4、4A分子筛、硅胶。这种现象的产生是因为不同除水剂的除水原理以及除水材料的比表面积不同。无水MgSO4/CuSO4表观粉末状，且以分子结晶水的形式吸附大量的水，这种形式的除水作用迅速而且效果明显。4A分子筛与硅胶比表面积类似，而吸附面的极性作用要更强，因而除水作用居中。硅胶无论是比表面积还是吸附面的极性作用最弱，因而效果最差。

2.2 异丙醇静置法和蒸馏法除水特点的对比

由于分子筛和硅胶具有良好的颗粒形态，相比于粉末状的无水MgSO4/CuSO4，更加具有工业使用的可操作性，因而使用硅胶、4A分子筛两种除水剂，在分别使用静置法和蒸馏法时，异同特点对比，实验结果如图1所示。

表1 异丙醇静置法和蒸馏法除水特点的对比

有表2 可以看出，静置法相比于蒸馏法除水耗费时间更长，但是除水效果更有优势。因为是蒸馏法由气相经过干燥柱，历经时间较短，且气相温度高，对除水剂对水分的吸附能力造成困难。

2.3 4A分子筛的再生对除水过程的影响

使用再生的4A分子筛进行蒸馏实验，在随着处理的异丙醇的质量增加，分子筛逐渐达到吸水饱和，因而异丙醇中水的质量分数也逐渐增加。实验结果如图2所示。

图2 处理后异丙醇中水的质量分数与处理前的异丙醇质量的关系

由图2 可以看出馏出物的含水量随着处理的异丙醇质量增加而增加，这与4A分子筛自身吸水逐渐趋于饱和的性质相匹配[5-6]。在经过再生后，循环使用次数对4A分子筛的除水能力影响不大，这也就证明了4A分子筛可循环使用的可行性。

2.4 再生次数对4A分子筛最大除水能力的影响

采用静置法，用再生次数不同的4A分子筛20g分别处理8h的200g异丙醇。异丙醇中水的质量分数和再生次数的关系如图3所示。

图3 异丙醇中水的质量分数和4A分子筛再生次数的关系

由图3 可以看出除水后异丙醇的含水量随着再生次数的增加而逐渐增加，在再生次数超过6次以后，4A分子筛除水能力显著下降。可能是再生处理后，分子筛内部微孔以及表面逐渐累积无法去除的残留物[7-8]，并随着再生次数增加，残留累积逐渐增加，直至严重影响分子筛的除水能力。

3 结论

4A分子筛可以用于实验室的静置法给异丙醇除水，也可以采取制成蒸馏柱的形式用于异丙醇除水，并具有良好的除水效果。4A分子筛再生5次以内的不会影响对异丙醇的除水效果，而5次以及更多次数的再生将使4A分子筛储水能力大幅度下降，而这与分子筛再生过程中无法除去残留物的累积有关。

[1] Carter J W, Husain H. The simultaneous adsorption of carbon dioxide and water vapour by fixed beds of molecular sieves[J]. Chemical Engineering Science, 1974, 29(1): 267-273.

[2] 王晓梅, 张建荣. 分子筛脱除碳酸酯中微量水的应用研究[J]. 河北化工, 2012(10):78-80.

[3] 范荣玉, 吴方棣. 分子筛吸附脱除乙醇中微量水的研究[J].武夷学院学报, 2013, 32(2):60-64.

[4] 居沈贵, 刘 健, 张和平. 4A分子筛脱除四氢呋喃中微量水的研究[J].化学工程师, 2006, 20(6):1-3.

[5] Zhu W, Gora L, Van den Berg A W C, et al. Water vapour separation from permanent gases by a zeolite-4A membrane[J]. Journal of membrane science, 2005, 253(1): 57-66.

[6] 张 鸾. 吸附法脱除苯甲醚中微量水的研究[D]. 天津:天津大学, 2013.

[7] Wu J Y, Liu Q L, Xiong Y, et al. Molecular simulation of water/alcohol mixtures' adsorption and diffusion in zeolite 4A membranes[J]. The Journal of Physical Chemistry B, 2009, 113(13): 4267-4274.

[8] Moore T T, Koros W J. Gas sorption in polymers, molecular sieves, and mixed matrix membranes[J]. Journal of applied polymer science, 2007, 104(6): 4053-4059.

(本文文献格式：贾世谦.4A分子筛用于回收异丙醇除水及其再生的研究[J].山东化工，2016，45(08)：26-27,30.)

Study on 4A Molecular Sieves Used for Water Removal of Isopropanol and Its Regeneration

Jia Shiqian

(College of Chemical Engineering, Qingdao University of Science and Technology , Qingdao 266042,China)

Water removal property of kinds of water removal agent for isopropanol with excess water was studied. Excellent water removal property of 4A zeolite was confirmed. Distillation could decline the effect of water removal. Besides, 4A zeolite could be recycled used exceed 5 times and its repeated times effected on isopropanol water removal and its weight was researched.

isopropanol; water removal; zeolite; regeneration

2016-03-07

贾世谦(1983—)，山东省淄博人，工程硕士研究生，主要从事聚醚多元醇及聚合物聚醚多元醇的研究。

TQ028.15

A

1008-021X(2016)08-0026-02