有機溶劑納濾膜在化學品純化方面的應用進展

背景介紹目前，數(shù)百萬t的有機溶劑用于化工、制藥、食品等行業(yè)，其中50%以上的工藝流程涉及分離，例如油水分離、抗生素純化、牛奶磷脂純化等。在過去的十幾年中，制造業(yè)越來越關注產(chǎn)生的能耗和污染排放。通過溶劑回收和再循環(huán)可以提高工藝的整體效率、降低原料、倉儲和污染物排放等成本。傳統(tǒng)分離回收過程是通過蒸餾、蒸發(fā)和干燥將溶質(zhì)與溶劑分離。文章亮點1.

以有機材料膜為主，從整體非對稱膜和薄層復合膜兩個方向展開，基于傳質(zhì)模型和工程應用對近期研究進展進行了討論；2.OSN膜的發(fā)展與工業(yè)應用提供新的思路，未來的研究應注重膜材料與結(jié)構(gòu)的耐溶脹和其在不同溶劑中的分離性能不一致性等關鍵問題。

內(nèi)容介紹1

膜結(jié)構(gòu)和改性OSN技術對膜材料的要求主要有可加工性、化學穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、力學性能以及材料成本。聚合物膜材料具有價格低廉和易于加工的特點，已成為主流膜材料，包括聚丙烯腈(PAN)、PI、聚苯并咪唑(PBI)、聚醚醚酮(PEEK)等。1.1

整體非對稱膜ISA膜制作的原理是相轉(zhuǎn)化。相轉(zhuǎn)化是指將均質(zhì)的鑄膜液通過溶劑的揮發(fā)、向溶液中加入非溶劑或者加熱等，使液相轉(zhuǎn)化為固相的過程。Yao等[11]用一系列四(4-羧基苯基)卟啉MOFs(Zn，Cu，Co，Ni)(M-TCPP)制備OSN膜，過程如圖1所示。與不含MOF的膜相比，含有MOF的膜都顯示出較高的乙醇通量，對亮藍R(BBR)的截留率略低。圖1

MMMs的制造過程示意圖，包括M-TCPP納米片的制備、鑄膜液的制備和通過刮刀進行制膜[11]1.2

薄層復合膜TFC膜的分離層通過界面聚合制備，利用兩種高反應活性單體或者預聚物在兩個不相溶的溶劑界面處發(fā)生聚合反應，從而形成一層超薄分離層。常見的TFC膜主要由無紡布、多孔基膜以及分離層3部分組成，如圖2所示。圖2

TFC膜結(jié)構(gòu)示意圖2

OSN傳質(zhì)機理和模型在膜科學研究領域，和膜性能預測相關的膜分離機理的研究一直是主流方向，相應的也提出了很多納濾膜分離機理的模型?，F(xiàn)在主流的OSN傳質(zhì)模型為不可逆熱力學模型、孔流模型和溶解-擴散模型。3

OSN應用3.1

化工領域在化工領域，OSN膜在溶劑回收、溶質(zhì)純化等工藝中被廣泛應用。Tim等[34]使用PMS600用于分離樺木分餾出的木質(zhì)素油，分離甲醇和乙酸乙酯混合溶劑時，分離系數(shù)達到7.4，且透過液組分中的酚類純度為88%，示意圖如圖3所示。圖3

木質(zhì)素油分離示意圖3.2

醫(yī)藥領域在醫(yī)藥領域中，OSN膜主要應用在藥物活性成分(API)的純化和溶劑回收兩方面。傳統(tǒng)API純化例如吸附、萃取等，工藝復雜、能耗高且耗時長，在長時間的純化過程中API容易失活導致良品率降低。3.3

食品領域在食品領域，OSN膜可用于食品天然成分提純、糧油食品加工等方面，由于條件溫和，對天然活性組分的損失更小。3.4

回收利用副產(chǎn)在工業(yè)生產(chǎn)中是必定會出現(xiàn)的成分，例如生產(chǎn)中的附屬產(chǎn)物、廢液、廢渣等等。隨著國家對環(huán)保要求的提高，企業(yè)隨意處理副產(chǎn)的情況慢慢被禁止。4

總結(jié)與展望目前，OSN膜作為一種新興的膜分離技術已經(jīng)得到了廣泛的關注和應用，但是在實際應用中仍然存在一些問題需要解決。首先，由于膜的耐溶脹性較差，隨著處理時間的增加，膜會發(fā)生溶脹現(xiàn)象，這會導致分離性能下降。更長時間的處理可能會導致分離性能的完全消失，這對于實際應用來說是不可接受的。其次，OSN膜的分離性能不一致現(xiàn)象也是一個亟需突破的問題。由于膜對不同溶劑中的同一種溶質(zhì)表現(xiàn)出不同的分離性能，導致分離性能和結(jié)果難以預測，限制了其進一步在化學試劑純化中的應用。為了解決這些問題，在開發(fā)新型的OSN膜時應對其材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、性能等因素進行更全面的