用包含氟聚合物和疏水二氧化硅颗粒的膜从液态或气态混合物中浓缩至少一种化学品的方法_2

文档序号:8416741阅读:来源:国知局
发中使用的膜上的有机物和/或无机物或活的(微)生物的沉积),以防止膜系统在相对短时间内的性能损失。
[0019]鉴于技术的现有状态,本发明的目的是提供通过渗透蒸发或气体渗透从液态或气态进料混合物中浓缩特定化学品的方法,其未示出上述常规系统的缺点。

【发明内容】

[0020]另人意外地,已发现该目的可以通过提供从液态或气态进料混合物中浓缩至少一种化学品的方法而得以实现,该方法包括以下步骤:
[0021](a)使液态或气态进料混合物与具有两个面的复合膜的第一面接触,其中上述进料混合物包含
[0022]-至少一种气态或液态稀释剂,以及
[0023]-至少一种化学品,其纯净形式在20°C具有0.8毫巴或更高的蒸气压,
[0024]并且其中上述复合膜由以下组成
[0025](i)原纤维形式的氟聚合物基质,其中上述氟聚合物的四氟乙烯重复单元的含量相对于重复单元的总量为至少90mol-%,
[0026](ii)陷入上述基质中的疏水性娃质颗粒,
[0027](iii)任选的至少一种其他组分,其选自助剂、表面活性剂、润滑剂、活性炭、色素、玻璃珠和玻璃纤维,
[0028]其中,形成上述基质(i)的氟聚合物的重量与上述疏水性硅质颗粒(ii)和上述任选的至少一种其他组分(iii)的总重量的比率在2:98?80:20的范围内,并且上述组分(ii)的重量与上述其他组分(iii)的重量的比率在80:20?100:0的范围内;
[0029](b)将减压施加到复合膜的与接触进料混合物的第一面相反的第二面,使得在复合膜的上述第二面上获得渗透混合物,其中上述渗透混合物比上述进料混合物具有更高含量的至少一种有机组分和/或氢;
[0030](c)收集上述渗透混合物。
[0031]与本发明相关的术语“浓缩”是指渗透混合物关于至少一种化学品具有比进料混合物更高的浓度。
[0032]根据本发明的方法在以下更详细地进行描述:
[0033]-操作步骤(a)
[0034]在操作步骤(a)中,使进料混合物与具有两个面的复合膜的第一面接触。与进料混合物接触的上述第一面也被称为复合膜的“进料面”。
[0035]上述进料混合物处于气态或液态。进料混合物包含至少一种气态或液态稀释剂和纯净形式在20°C的蒸气压为0.8毫巴或更高的至少一种化学品。
[0036]上述稀释剂可以是气态或液态。作为示例性稀释剂,可以提及气体和气体混合物,例如氮、二氧化碳、空气,以及液体,例如水。
[0037]在优选的实施方式中,进料混合物相对于进料混合物的总重量包含高于20重量%且低于100重量%的至少一种气态或液态稀释剂,更优选为高于50重量%且低于100
重量%。
[0038]在另一优选的实施方式中,进料混合物相对于进料混合物的总重量包含高于50重量%且低于100重量%的至少一种气态或液态稀释剂。
[0039]在更加优选的实施方式中,进料混合物相对于进料混合物的总重量包含高于50重量%且低于100重量%的水作为上述至少一种气态或液态稀释剂。
[0040]在更加优选的实施方式中,进料混合物相对于进料混合物的总重量包含高于50重量%且低于100重量%的水作为上述至少一种气态或液态稀释剂,且包含至少一种化学品,其中至少一种化学品为氢和/或具有I?6个碳原子且纯净形式在20°C的蒸气压为0.8毫巴或更高的至少一种有机组分。因此,进料混合物可以包含氢或至少一种有机组分,或者其可以组合包含氢和至少一种有机组分。
[0041]当在进料混合物中存在氢时,优选以与进料混合物完全混溶的量存在。同样地,如果在进料混合物中存在如上文限定的至少一种有机组分,其优选以与进料混合物完全混溶的量存在。换言之,优选液态或气态进料混合物和上述至少一种有机组分和/或上述氢以单一相存在,即不是气泡的乳剂、混悬剂或分散剂的形式(在液态进料混合物的情况下)或气溶胶的形式(在气态进料混合物的情况下)。
[0042]进料混合物还可以包含一种或多种混悬于混合物中的固体组分,该固体与上述至少一种有机组分不同。上述固体可以是微生物例如酵母、真菌等,即活的或死的细胞、有机物例如生物质(例如木质素、经水解的纤维素、半纤维素,农业残余物例如稻草、壳、木片的颗粒等)。因此,在优选的实施方式中,进料混合物是包含高于50重量%且低于100重量%的作为上述至少一种稀释剂的水和氢和/或具有I?6个碳原子且纯净形式在20°C的蒸气压为0.8毫巴或更高的有机组分的发酵液。
[0043]上述至少一种有机组分的例子可以选自包括醇(例如乙醇、正丁醇、异丁醇)、醚(例如甲基叔丁基醚、四氢呋喃)、酮(例如丙酮)、醛(例如乙醛)、酯(例如乙酸乙酯)以及羧酸(例如Ch酸,如乙酸、丙酸)的物质组。
[0044]在甚至更加优选的实施方式中,进料混合物相对于进料混合物的总重量包含高于50重量%且低于100重量%的水作为上述至少一种气态或液态稀释剂,且包含具有I?6个碳原子且纯净形式在20°C的蒸气压为0.8毫巴或更高的醇作为上述至少一种化学品。
[0045]优选的是,进料混合物相对于进料混合物的总重量包含高于80重量%至低于100重量%的量的水。在更加优选的实施方式中,进料混合物包含高于90重量%至低于100重量%的量的水。在最优选的实施方式中,进料混合物包含高于95重量%至低于100重量%的量的水。
[0046]在另一优选的实施方式中,上述至少一种有机组分是醇,优选选自乙醇和丁醇。
[0047]在特别优选的实施方式中,上述至少一种有机组分选自乙醇、正丁醇、异丁醇、丙酮及其组合。
[0048]在最优选的实施方式中,进料混合物相对于进料混合物的总重量包含高于80重量%至低于100重量%的量的水,以及选自乙醇、丁醇、丙酮及其组合中的至少一种有机组分。
[0049]上述进料混合物可以通过发酵工艺的方式获得,即上述进料混合物可以是发酵液。
[0050]通过使流体混合物与膜的进料侧接触,至少一种类型的有机分子穿透到膜材料中。
[0051]-复合膜
[0052]复合膜由以下组成:
[0053](i)原纤维形式的氟聚合物基质,其中上述氟聚合物的四氟乙烯重复单元的含量相对于重复单元的总量为至少95mol-%,
[0054](ii)陷入上述基质中的疏水性娃质颗粒,
[0055](iii)任选的至少一种其他组分,
[0056]其中形成上述基质(i)的氟聚合物的重量与上述疏水性硅质颗粒(ii)和上述任选的至少一种其他组分(iii)的总重量的比率在2:98?60:40的范围内,并且上述组分(ii)的重量与上述其他组分(iii)的重量的比率在80:20?100:0的范围内。
[0057]在优选的实施方式中,复合膜可以在复合膜的进料面、渗透面或进料面和渗透面两者上具有(iv)氟聚合物薄片。
[0058]对复合膜的厚度没有特别限定,并基于有关膜的令人满意的机械稳定性、分离性能和渗透性的考虑而进行适当选择。优选地,复合膜的厚度在10?20000 μ m的范围内,更优选在50?10000 μ m的范围内,最优选在100?2000 μ m的范围内。
[0059]为避免复合膜的第一面与第二面之间的压力差引起膜破裂,复合膜可以布置在支持物上,该支持物具有使渗透混合物通过而无显著压力降低的孔或洞。对于上述支持物的例子,可以提及多孔玻璃粉(glassfrit)或多孔陶瓷、丝网和具有多个细孔的金属片。
[0060]在进料面上设置氟聚合物薄片还可以防止膜的积垢和/或生物积垢,且还可以防止膜由于可能存在于进料混合物中的固体而磨损。
[0061]在以下将更详细地解释复合膜的组分。
[0062](i)原纤维形式的氟聚合物基质
[0063]基质包含氟聚合物,即四氟乙烯重复单元的含量相对于重复单元的总量为至少90mol-%单体含量的均聚物或共聚物。氟聚合物可以被原纤化,并通过原纤化形成多孔基质。其为化学惰性的,且在与水接触或与有机分子接触时不膨胀。优选地,氟聚合物的四氟乙稀单体含量为至少95mol-%,更优选为至少99mol-%。在最优选的实施方式中,氟聚合物是四氟乙烯重复单元的均聚物,即聚四氟乙烯(PTFE)。
[0064]氟聚合物的例子为聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-六氟丙烯-共聚物、四氟乙‘烯-氯二氟乙稀-共聚物、四氟乙稀_全氟-(2,2- 二甲基-1,3- 二氧杂环戊稀)-共聚物和四氟乙烯-全氟((^6-烷基乙烯基醚)-共聚物以及四氟乙烯-全氟(丁烯基乙烯基
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