技术领域
[0001] 本
发明涉及一种渗透汽化分离与浓缩离子液体的方法，涉及膜分离领域。
背景技术
[0002]
纤维素是自然界中储量最大，分布最广的天然
聚合物。它具有完全降解，易于修饰，
生物相容性良好，成本低等优点。它被认为是无穷无尽的聚合物材料，未来可能成为主要的
可再生能源。如今，
纤维素材料已经应用于
绿色化学，药物化学，生物能源，纳米
复合材料等。然而，由于纤维素分子之间的强氢键和其高度有序的结构，纤维素不会在常规
溶剂中熔融或溶解。为了提高其可加工性，科学家已经进行了许多研究来开发清洁和有效的纤维素溶剂系统。
[0003] 到目前为止，传统粘胶工艺是生产再生纤维素材料的主导技术，但这个工艺不仅需要一些危险的化学品如CS2，而且会导致严重的污染如H2S，SO2，
碱和
硫酸。为了解决这个问题，科学家开发了几种新的溶剂来处理纤维素，如N，N-二甲基乙酰胺/氯化锂(DMAc/LiCl)，N，N-二甲基甲酰胺/一
氧化二氮(DMF/N2O4)，二硫化物/四丁基氟化铵(DMSO/TEAC)，
N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)，熔融盐
水合物(LiClO4·3H2O，LiSCN2·2H2O)，碱金属氢氧化物(Na OH/H2O)，NaOH/尿素/H2O，LiOH/硫脲/H2O等。
[0004] 然而，这些溶剂体系中的大多数具有致命的缺点，如不
稳定性，毒性大，高成本，低
溶解度，以及苛刻的溶剂回收或加工条件，这些缺点限制了其工业规模的应用。因此，选择环保，高效，稳定，廉价的溶剂对有效的处理纤维素是非常关键的。
[0005] 室温离子液体(RTIL)是由有机阳离子和有机/无机阴离子组成的熔盐。RTIL具有优异的特性，包括良好的溶剂性能，极性较强，挥发性低，熔点低，
导电性好，
热稳定性好等。RTIL已被应用于化学合成，催化，电化学，
纳米技术，除此之外Li等(Journal of Polymer Science Part A:Polymer Chemistry,48,4036–4046,2010.)还将RTIL运用于气体分离过程。近年来，Cao等(Chemical Engineering Journal 147(2009)13-21)发现RTIL是纤维素的良好溶剂。室温离子液体中的阳离子(离子簇)作为
电子给体和受体，与纤维素形成复合结构，离子液体首先进入纤维素的无定形区域，对纤维素产生显着的溶胀作用。随着离子液体的连续渗透，逐渐进入结晶区，破坏纤维素分子之间的氢键。
[0006] 对溶解纤维素后的预处理液进行
超滤处理，得到浓度为0.01-5wt％的离子液体水溶液；将分离后含有纤维素的水溶液返回到预处理液体中，或者通过进一步的超滤
回收纤维素，实现无害化的排放。此外，通过超滤方法获得的离子液体水溶液接着通过纳滤法或
反渗透法浓缩，得到
质量浓度为5-30wt％的离子液体浓缩物,这些已经在中国
专利CN101219840A报道研究。
[0007] 在大多数离子液体回收过程中，
真空蒸馏通常是分离和回收的最终步骤。通过在60-110℃的减压下蒸馏除去水，得到纯度为95-99％的离子液体。该方法操作简单，生产周期短，但工艺问题大，功率损耗高，成本高。Wu等(Journal of Membrane Science,518(2016):216-228)用膜蒸馏(MD)浓缩高浓度的离子液体水溶液，这是一种使用疏水多孔膜,通
过热驱动
力去除溶液中的水蒸气的膜技术。MD过程不受渗透压的影响，它具有高通量和高截留性能。但是，长期运行时，膜蒸馏不稳定，膜的耐污染性差。膜清洗过程使膜过程变得麻烦，使得膜蒸馏消耗更多的
能量。因此有必要开发一种简单有效的方法来回收离子液体。
发明内容
[0008] 本发明的思路是使用渗透汽化技术分离与浓缩离子液体水溶液，使用的渗透汽化复合膜在离子液体溶液中有较好的稳定性，并且该法具有高通量与高的截留率，是回收离子液体的简单有效的方法。
[0009] 本发明的目的是针对
现有技术的不足而提供的一种分离浓缩离子液体水溶液的方法。其特点是采用渗透汽化技术浓缩离子液体水溶液，使用的渗透汽化膜具有高通量和高截留率，长时间运行过程中，有较好的稳定性。
[0010] 为了达到以上目的，本发明所提出的技术方案为：一种渗透汽化分离与浓缩离子液体水溶液的方法，其特征在于：包括以下步骤：
[0011] ⑴离子液体水溶液的配置
[0012] 称取离子液体，加入去离子水，磁力搅拌20-30min，
脱泡待用。
[0013] ⑵渗透汽化膜的制备
[0014] 将聚乙烯醇溶于去离子水中，加入交联剂搅拌均匀，待用。将上述溶液涂敷在
支撑层上，晾干，加热交联，得渗透汽化复合膜。
[0015] ⑶分离与浓缩离子液体水溶液
[0016] 离子液体水溶液在一定压力和
温度下，使用渗透汽化膜组器渗透汽化浓缩处理。
[0017] 步骤(1)中，所述离子液体选自：1-丁基-3-甲基咪唑氯化盐([BMIM]Cl)、1-丙烯基-3-甲基咪唑氯化盐([AMIM]Cl)、1-丁基-3-甲基咪唑溴化盐([BMIM]Br)、1-丁基-3-甲基咪唑四氟
硼酸盐([BMIM]BF4)等
水溶性的一种或两种。
[0018] 步骤(1)中，所述离子液体加入去离子水后浓度为5-90wt％。
[0019] 步骤(2)中，所述聚乙烯醇溶于去离子水后浓度为2-4wt％，溶解聚乙烯醇水浴温度60-120℃，搅拌时间2-6h。
[0020] 步骤(2)中，所述交联剂为甲
醛、
马来酸、
草酸、偏苯三酸酐、4-磺基邻苯二
甲酸、1,6-乙酸酐的一种或两种。
[0021] 步骤(2)中，所述支撑层为PVC超滤膜、PAN超滤膜、PVC超滤膜、PS超滤膜、PES超滤膜、PET
无纺布的一种。
[0022] 步骤(2)中，所述交联温度为70-120℃，交联时间为1-4h。
[0023] 步骤(2)中，所述渗透汽化复合膜中有效层厚度为1-6μm。
[0024] 步骤(3)中，所述渗透汽化温度为30-70℃，压强为100-800Pa。
[0025] 本发明具有以下优点：
[0026] 使用渗透汽化技术分离与浓缩离子液体水溶液，所制备的渗透汽化复合膜有效层厚度为1-6μm，在离子液体水溶液中有较高的稳定性。利用该复合膜分离离子液体水溶液可2
呈现出优异的性能，其中渗透通量达到4-15kg/m·h之间，截留率达99.00-99.99％之间。
附图说明：
[0027] 图1渗透汽化装置示意图
[0028] 图2渗透汽化复合膜微观形貌图(SEM)
[0029] (a)平面(b)断面
[0031] (a)时间与腐蚀率(b)浓度与腐蚀率
[0032] 图4渗透汽化复合膜的稳定性能图具体实施方式：
[0034] 将80g[BMIM]Cl加入含320g去离子水的烧杯中，磁力搅拌30min,直至溶液均匀透明。
[0035] 精确量取98mL去离子水加入锥形瓶中，再加入2g PVA，放入水浴锅中加热水加热至95℃并磁力搅拌2h，制得的PVA透明水溶液冷却至室温。取20g PVA溶液加入0.6670g马来酸搅拌均匀，脱泡待用。将上述溶液涂敷在PAN超滤膜支上，晾干，120℃加热交联2h，得渗透汽化复合膜，复合膜有效层为3μm。
[0036] 60℃，100Pa下，使用渗透汽化膜组器渗透汽化浓缩处理。渗透通量达到13.89kg/m2·h，截留率达99.86％。
[0037] 实施例2.
[0038] 将240g[AMIM]Cl加入含160g去离子水的烧杯中，磁力搅拌20min,直至溶液均匀透明。
[0039] 精确量取194mL去离子水加入锥形瓶中，再加入6g PVA，放入水浴锅中加热水加热至90℃并磁力搅拌6h，制得的PVA透明水溶液冷却至室温。取25g PVA溶液加入0.8337g 4-磺基邻苯二甲酸搅拌均匀，脱泡待用。将上述溶液涂敷在PAN超滤膜支上，晾干，100℃加热交联2.5h，得渗透汽化复合膜，复合膜有效层为5μm。
[0040] 30℃，100Pa下，使用渗透汽化膜组器渗透汽化浓缩处理。渗透通量达到4.03kg/m2·h，截留率达99.65％。
[0041] 实施例3.
[0042] 将160g[BMIM]Br加入含240g去离子水的烧杯中，磁力搅拌25min,直至溶液均匀透明。
[0043] 精确量取192mL去离子水加入锥形瓶中，再加入8g PVA，放入水浴锅中加热水加热至80℃并磁力搅拌4h，制得的PVA透明水溶液冷却至室温。取50g PVA溶液加入1.6674g草酸搅拌均匀，脱泡待用。将上述溶液涂敷在PS超滤膜支上，晾干，90℃加热交联3h，得渗透汽化复合膜，复合膜有效层为5μm。
[0044] 60℃，100Pa下，使用渗透汽化膜组器渗透汽化浓缩处理。渗透通量达到9.12kg/m2·h，截留率达99.71％。
[0045] 实施例4：
[0046] 将360g[BMIM]Cl加入含40g去离子水的烧杯中，磁力搅拌30min,直至溶液均匀透明。
[0047] 精确量取98mL去离子水加入锥形瓶中，再加入2g PVA，放入水浴锅中加热水加热至120℃并磁力搅拌2h，制得的PVA透明水溶液冷却至室温。取10gPVA溶液加入0.3335g草酸搅拌均匀，脱泡待用。将上述溶液涂敷在PAN超滤膜支上，晾干，70℃加热交联4h，得渗透汽化复合膜，复合膜有效层为1μm。
[0048] 70℃，200Pa下，使用渗透汽化膜组器渗透汽化浓缩处理。渗透通量达到5kg/m2·h，截留率达99.32％。
[0049] 实施例5：
[0050] 将20g[BMIM]Cl加入含380g去离子水的烧杯中，磁力搅拌25min,直至溶液均匀透明。
[0051] 精确量取195mL去离子水加入锥形瓶中，再加入5g PVA，放入水浴锅中加热水加热至100℃并磁力搅拌2.5h，制得的PVA透明水溶液冷却至室温。取20gPVA溶液加入0.5002g草酸搅拌均匀，脱泡待用。将上述溶液涂敷在PAN超滤膜支上，晾干，80℃加热交联3.5h，得渗透汽化复合膜，复合膜有效层为5μm。
[0052] 70℃，800Pa下，使用渗透汽化膜组器渗透汽化浓缩处理。渗透通量达到4.01kg/m2·h，截留率达99.32％。
[0053] 实施例6：
[0054] 将20g[BMIM]Cl加入含380g去离子水的烧杯中，磁力搅拌25min,直至溶液均匀透明。
[0055] 精确量取195mL去离子水加入锥形瓶中，再加入5g PVA，放入水浴锅中加热水加热至60℃并磁力搅拌5.5h，制得的PVA透明水溶液冷却至室温。取30gPVA溶液加入1.0004g草酸搅拌均匀，脱泡待用。将上述溶液涂敷在PAN超滤膜支上，晾干，70℃加热交联4h，得渗透汽化复合膜，复合膜有效层为6μm。
[0056] 70℃，600Pa下，使用渗透汽化膜组器渗透汽化浓缩处理。渗透通量达到4.01kg/m2·h，截留率达99.32％。
[0057] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干
变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附
权利要求为准。
