專利名稱：沸石分子篩膜用于二氯乙烷和氮氣混合物的分離方法
技術領域：
本發明屬于化學工程技術領域，涉及到有機大分子氣體與無機小分子氣體混合物的分離，特別涉及到氯堿工業中二氯乙烷和氮氣的分離方法。
背景技術：
目前在石油化工行業的氯堿廠中，生產PVC的過程中，會有大量的中間產物二氯乙烷的儲存及傳輸使用。工藝上都是用氮氣來密封二氯乙烷，因此會產生大量的被二氯乙烷飽和的氮氣。工業上通常將其直接放空，不做回收利用，因此造成了大氣污染及資源的浪費。
從二氯乙烷和氮氣混合物的分離回收二氯乙烷可采用的技術主要有冷凝分離法、吸收法、吸附法。
冷凝分離法是將混合氣加壓冷凝液化，再利用精餾將氮和二氯乙烷分離。由于氮的沸點為-195.8℃，二氯乙烷的沸點為83.4℃，若將兩者的混合物液化需要高壓和低溫，因此其能耗很高，設備投資大，經濟效益低。
吸收法是采用四氯化二碳或三氯丙烷為吸收劑，在低溫下吸收二氯乙烷，再經高溫解析回收二氯乙烷。該項技術的吸收劑來源困難，能源浪費也很嚴重，且尾氣中的氮也帶走一定的溶劑，從而造成新的污染。因此該技術的應用也受到限制。
吸附法是采用對二氯乙烷具有很高選擇吸附性能的活性炭或活性炭纖維為吸附劑，在低溫下吸附二氯乙烷，吸余氣氮氣排空。當吸附床達到飽和時，經高溫解吸回收二氯乙烷。南京市環境檢測中心用活性炭為吸附劑，富集空氣中微量二氯乙烷，四氯乙烯，溴代乙烷等有機污染物，取得了很好的效果。但由于氯乙烯車間二氯乙烷貯罐呼吸氣中二氯乙烷的濃度為20％(mol)左右，采用吸附法回收二氯乙烷，勢必需要大量吸附劑，造成設備體積龐大，高溫脫附能耗高，降溫困難，制約了工業化應用。
發明內容
本發明的目的是提供一種在常溫下就可以分離二氯乙烷和氮氣的膜分離方法，利用該方法制備一種具有特定孔徑的沸石分子篩膜，這種沸石膜對極性氣體具有選擇性吸附，同時使有機大分子氣體在其孔內發生毛細管凝聚，進而阻止無機小分子氣體通過，來實現混合氣體的分離。
本發明的關鍵在于合成出NaY沸石分子篩膜。實現本發明的技術方案是，按照Na2O∶SiO2∶Al2O3∶H2O＝(15～25)∶(6.4～25.6)∶1∶(300～1500)的摩爾配比配制溶膠，其中含鋁化合物可以使用三水鋁石、硫酸鋁、三氯化鋁或廢金屬鋁等，氧化硅原料可以是水玻璃、硅酸、硅溶膠鹵代硅烷和各種活性無定型硅石等，以及氫氧化鈉和水為原料，經攪拌配成溶膠。采用α-Al2O3陶瓷管(孔徑3～5μm，孔隙率30～50％)為載體，合成前載體管經有機酸(檸檬酸、EDTA、乙酸等)或有機醇類溶劑(乙醇、正丁醇、異丙醇、丙三醇等)表面活化處理，然后在水熱條件下低溫晶化合成NaY沸石分子篩膜。
本發明還可將合成的膜進行陽離子交換，得到KY、LiY、CaY和BaY等改性膜。沸石膜的結構和外觀經過X射線衍射和掃描電鏡照片分析得到證實。
本發明的效果和益處是常溫下實現了二氯乙烷和氮氣的分離，設備簡單，節約能源，同時又能避免環境污染，回收了寶貴的資源，改善了人類的生存環境。
附圖是Y型沸石膜分離二氯乙烷和氮氣的裝置結構示意圖。
圖中(1)真空泵；(2)混合氣；(3)針形閥；(4)壓力表；(5)滲透池；(6)膜管；(7)氣相色譜；(8)皂膜流量計。
具體實施例方式
以下結合附圖詳細敘述本發明的具體實施方式
和最佳實施例實施例溶膠制備在400ml的燒杯中加入32g氫氧化鈉及100ml水，充分溶解后在強力攪拌下加入44.8ml硅溶膠得到溶液(a)，然后將16.7g硫酸鋁溶解于110ml水中得溶液(b)，再緩慢的將溶液(b)滴加到溶液(a)中，形成白色溶膠。
載體預處理在合成以前將載體表面用400#、600#、800#砂紙打磨光滑，再用超聲波震蕩，洗去表面及孔內懸浮顆粒，然后用酸或堿浸泡1～2d，超聲波水洗至中性，烘干備用。
膜制備取經過預處理的載體管，用檸檬酸浸泡處理載體管表面，處理后將管兩端用聚四氟乙烯膜封死，豎直放入不銹鋼晶化釜內，將溶膠沿管壁緩緩加入釜內，封好后放到100℃的烘箱內，晶化24h取出，自然冷卻并用去離子水洗至中性。常溫干燥1～2d，再在100℃干燥1～2d，在焙燒前經N2測試，如果仍然透氣，則重復晶化至不透氣。
膜焙燒在空氣氣氛中按照一定的升降溫程序焙燒膜管，以除去膜孔內的結晶水。升溫速率為0.5～1K/min，降溫速率為1～2K/min。
陽離子交換改性將NaY沸石膜在60℃下，在0.4mol/l-1的KNO3溶液中離子交換4h。離子交換處理后，將膜管在室溫下用去離子水漂洗12h，然后150℃干燥1d。
然后將按照上述方法制得的NaY沸石膜及用陽離子交換后的膜裝到附圖中所示的膜分離裝置中，膜兩端的壓差控制在40kPa。二氯乙烷的進氣側濃度為13％，進氣側流速180ml/min；尾氣濃度為4.5％，流速160ml/min。二者的分因數為30。
權利要求
1.一種沸石分子篩膜用于二氯乙烷和氮氣混合物的分離方法，其特征是按照Na2O∶SiO2∶Al2O3∶H2O＝(15～25)∶(6.4～25.6)∶1∶(300～1500)的摩爾配比配制溶膠，其中含鋁化合物可使用三水鋁石、硫酸鋁、三氯化鋁或廢金屬鋁等，氧化硅原料可是水玻璃、硅酸、硅溶膠鹵代硅烷和各種活性無定型硅石等，以及氫氧化鈉和水為原料，經攪拌配成溶膠；采用α-Al2O3陶瓷管，管孔徑為3～5μm，孔隙率30～50％為載體，合成前載體管經有機酸，如檸檬酸、EDTA、乙酸等或有機醇類溶劑如乙醇、正丁醇、異丙醇、丙三醇等表面活化處理，然后在水熱條件下低溫80℃～100℃，晶化20～36h合成NaY沸石分子篩膜，在焙燒前經N2測試，如果仍然透氣，則重復晶化至不透氣；然后將NaY沸石膜在60℃下，在0.1～0.4mol/l-1的堿及堿土溶液中離子交換4h；離子交換處理后，將膜管在室溫下用去離子水漂洗12h，然后150℃干燥1d；最后將膜管置于膜分離裝置中，控制膜兩側壓差10～100kpa，二氯乙烷和氮氣的分離因數在20～80之間。
全文摘要
本發明涉及到一種或幾種有機大分子氣體與無機小分子氣體混合物的分離。其特征是按照Na
文檔編號C07C17/38GK1453063SQ03111690
公開日2003年11月5日 申請日期2003年5月15日 優先權日2003年5月15日
發明者王金渠, 鄭彤, 李邦民 申請人:大連理工大學