文献综述

PSSA-PVA-SiO2/SA-PVA复合膜用于渗透汽化耦合丙酸与乙醇酯化反应的研究

摘要：渗透汽化利用膜两侧的压力及浓度差实现对不同化合物有效的分离。酯化反应是一类可逆反应，由于产物水和酯的存在，反应达到平衡后转化率达到一个平衡值，而不再提高，渗透汽化耦合酯化反应将反应副产物水分离反应体系，可以打破化学平衡，使反应向正反应方向移动，从而提高反应转化率。PSSA-PVA-SiO2/SA-PVA复合膜具有很好的催化性能，在催化反应的同时将反应产物水移除，能大大提高反应转化率。

关键词：催化渗透汽化复合膜； PVA ；PSSA；酯化

1.1渗透汽化过程的原理

渗透汽化(Pervaporation，简称PV)，又称渗透蒸发，它是众多膜分离技术的一种，是一种清洁、高效的新型膜分离技术^[1]。其具体过程是：含有两种或更多液体易混组分的流体与无孔高分子膜或分子孔无机膜(如沸石膜)的上游侧(料液侧)接触，在膜的下游侧(渗透侧)采用抽真空、气体吹扫或者冷凝的方法，在膜的上下游两侧产生化学位差，渗透组分在化学位差的推动下在膜内部扩散，并以气相的形式从膜的下游侧逸出。由于膜与各个组分的相互作用大小不同及组分本身性质上的差异，各组分在高分子膜中的溶解速率和扩散速率不同，从而实现不同组分的选择性分离。上述过程中液体部分汽化透过致密的高分子膜就被称为渗透汽化，上游侧通常为常压，液体混合物中的各组分在膜上游侧被吸附溶解，一种或更多种组分在膜内部的移动扩散速率快于另一种或其他组分的移动扩散速率优先透过膜并在膜下游侧汽化以气相形式逸出。进料液中未透过膜的部分或截留下的被称作渗余液，透过膜的部分被称作渗透液。本质上，渗透汽化过程由下述三个过程组成：

(1)进料液中的各组分在膜上游侧(进料侧)的膜表面选择性溶解(或吸附)：
(2)溶解在膜表面的各组分在传质推动力下，选择性地由膜上游侧向下游侧扩散；

(3)在膜下游侧，透过组分从膜中脱附，以气相形式离开^[2]。

1.2催化渗透汽化复合膜

1.2.1常用膜材料

根据膜材料的不同，催化渗透汽化复合膜可以分为有机高分子膜、无机膜和有机-无机杂化膜。按膜结构的不同，催化渗透汽化复合膜可以分为均质膜、非对称膜和复合膜。根据欲分离的体系不同，催化渗透汽化复合膜可以分为优先透水膜、优先透有机物膜和有机物、有机物选择分离膜^[2]。本文选用的是优先透水膜。根据渗透汽化原理，优先透水膜材料需要满足以下条件：首先膜材料本身具有良好的亲水性能，使其能够优先吸附水分子，其次具有较好的渗透性。目前人们常用的亲水膜材料主要有以下几种：聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯腈(PAN)、聚丙烯酸(PAA)、壳聚糖(CS)、聚砜(PSF)、Nation膜、羧甲基纤维素钾盐和聚乙烯磺酸等^[3]。目前商业化的亲水膜大部分由聚乙烯醇制备，因为PVA从溶解度参数及其极性上分析，具有很大的亲水性，而且能够通过一些方法来改变亲水性和极性，因此它是优先透水膜的优良材料，且应用范围最广。

1.2.1催化渗透汽化复合膜的制备

催化渗透汽化复合膜起主要作用的部分是一层致密物无物理孔的分离薄层，因此，同其他的膜分离过程类似，膜的组成和物理化学结构对渗透汽化过程有决定性的影响。目前工业上大多数应用的是渗透汽化复合膜，有以下几种制备方法^[4]:

层压结合法：先分别制备支撑层和分离层，然后在外力作用下将两者叠合在一起。该方法适用于基膜和分离层不相容的情形，而且可以很好地控制分离层的厚度，这一点对实验室研究膜的传质机理比较有用。其缺点是分离层的厚度不能太薄，而且压合过程中基膜和分离层必须紧密地结合在一起，它们之间的任何间隙都将劣化催化渗透汽化复合膜的分离性能，因而这种膜在工业上的使用并不广泛。

涂布法：首先将致密分离层的膜材料溶解于合适的溶剂中，配置成一定浓度的溶液然后使用涂布、浸渍、喷涂等方法将该涂膜液均匀地涂布于基膜上，再经过干燥、交联、淋洗、烘干等后处理方法制备而成。涂布过程是复合膜制备过程的关键步骤之一，要求涂布而成的分离层薄而均匀、无孔、致密、与支撑层结合牢固。