用于膜萃取的微孔膜、连续逆流微孔膜萃取器及分离方法技术

本发明专利技术提供了一种用于膜萃取的微孔膜，所述微孔膜采用化学、热稳定性高的无机材料，均布孔径2～10μm的沙漏锥形微孔，孔隙率为15％～35％，通过对微孔膜两侧表面改性使得水接触角在0～160

【技术实现步骤摘要】
用于膜萃取的微孔膜、连续逆流微孔膜萃取器及分离方法


[0001]本专利技术属于微化工的分离
，具体涉及用于膜萃取的微孔膜、连续逆流微孔膜萃取器及分离方法。

技术介绍

[0002]连续高效分离是化工生产中一个非常重要的单元操作，其高通量的分离技术制约化工行业的经济效益，而微化工连续分离技术的开发为化工行业的蓬勃发展带来了曙光。
[0003]Chemical Engineering Journal,2016,283,855在微尺度范围内实现了混合
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膜分离装置的耦合，但存在溶剂损失、乳液形成和易泛滥等问题；Separation Science and Technology.1999,34,951提供了微通道膜接触器的理论模型与实验结果，但采用的是并流流动方式并使用了PTFE等有机膜作为接触介质，存在萃取效率低、寿命短、操作窗口低等问题；Analytica Chimica Acta.2006,556,151提出了使用环氧树脂来密封微通道膜接触器的方法，但存在拆卸困难、装置难以重复利用等问题。另外专利CN113866092A、CN214937416U、CN212998521U都报道了新型的中空纤维膜萃取装置用于分离及发酵，这些实施过程中使用的大都是聚丙烯等有机膜，且装置结构复杂，有机膜机械强度低易变形，无法长时间连续运行。
[0004]目前微通道反应器已被广泛应用于相分离过程中，但实现连续高效分离的微分离器技术仍迫切需要突破。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有微分离器技术存在的不足，提供了一种更耐压、耐热、耐膨胀和耐污染，化学稳定性高，有利于微通道中膜萃取的稳定和连续分离的无机微孔膜；同时采用两相逆流强化传质，提高萃取效率；并基于上述新型的微孔膜的分离特性，设计了一种结构优化、便于加工、拆卸和日常维护的连续逆流的微孔膜萃取器。
[0006]本专利技术的第一个方面，在于提供了一种用于膜萃取的新型微孔膜，所述微孔膜采用玻璃、金属等无机材料，通过飞秒激光打孔制成，所述微孔膜上的微孔设置为沙漏锥形，孔径为2～10μm，所述微孔膜的孔隙率为15％～35％。
[0007]本专利技术进一步设置为，所述微孔的上下两侧孔径为7～10μm，中间孔径为2～5μm。
[0008]本专利技术进一步设置为，所述微孔膜应用于液
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液体系时，通过引入亲水和/或疏水性基团对所述微孔膜的两侧进行表面改性，使得所述微孔膜两侧表面水接触角在0～160
°
之间；所述微孔膜应用于气
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液体系时，通过引入亲水和/或疏水性基团对所述微孔膜的两侧进行表面改性，然后在所述微孔膜与气相接触的一侧表面负载50～100nm厚的纳米分子层。
[0009]进一步地，所述亲水和/或疏水性基团选自多巴胺、聚乙二醇、偶氮苯、烷基链、氟硅烷、含氟丙烯酸酯中的一种或多种；所述纳米分子层优选为如CeO2、TiO2等的金属氧化物。
[0010]本专利技术的第二个方面，在于提供一种连续逆流微孔膜萃取器，所述微孔膜萃取器
包括上盖板、下盖板和所述用于膜萃取的微孔膜，所述微孔膜设置于所述上盖板和下盖板之间，其中：所述上盖板和下盖板均设有流体进出口且均刻蚀有流通通道，所述上盖板和下盖板的流通通道分别与所述上盖板的流体进出口和下盖板的流体进出口连通；所述流通通道内设置一个或若干个导流支撑凸起。
[0011]本专利技术进一步设置为，所述导流支撑凸起采用平行于流动方向的分布方式，所述导流支撑凸起在所述流通通道上沿流动方向居中分布，且以垂直流动的方向对称分布。
[0012]本专利技术进一步设置为，所述流通通道的宽高比为40～160；所述导流支撑凸起的长度与所述流通通道的长度之比不小于2/3；相邻的所述导流支撑凸起的距离与所述流通通道宽度之比为1/10～2/5。
[0013]本专利技术进一步设置为，所述微孔膜萃取器的应用体系包括液
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液、气
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液体系的连续萃取分离。
[0014]本专利技术的第三个方面，在于提高一种利用所述微孔膜萃取器的分离方法，两相流体分别经所述上盖板和下盖板的流体进口注入所述流通通道均布，并由所述上盖板和下盖板的流体出口流出，两相流体通过所述微孔膜上的微孔逆流传质，实现萃取分离过程。
[0015]本专利技术进一步设置为，通过数个所述微孔膜萃取器并联的方式增加单位时间的处理量，通过数个所述微孔膜萃取器串联的方式提升萃取效率。
[0016]本专利技术具有以下有益效果：
[0017](1)本专利技术使用无机膜材料作为膜萃取的接触介质，提高了膜的化学稳定性、热稳定性和刚性，有效避免了有机膜易溶胀引起传质性能降低的问题，还可以防止由于压差形变导致两相微通道特征尺寸发生改变，适用于不同分离萃取场所，如相溶油水相分离、人工肺O2和CO2交换等。
[0018](2)本专利技术公开的连续逆流微孔膜萃取器，由于其具有极小的特征尺寸，可以均匀地最小化传质的距离，强化传质过程，缩短萃取时间，显著提升单位体积的处理量；本专利技术公开的微孔膜的沙漏锥形的微孔设计，以及微孔膜两侧表面改性对表面水接触角的调控和微孔膜表面金属氧化物的涂覆，实现不同气体吸附性，均有利于推动不同液
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液或气
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液两相在微孔膜通道内逆流传质过程，实现目标物质的高效连续萃取分离。
[0019](3)本专利技术的连续逆流微孔膜萃取器，通过逆流萃取来增大传质推动力，但由于表面力在尺寸极小的微通道膜接触器中优于重力，相当大的压降会扰乱跨膜的压力控制，本专利技术通过上述微孔膜的微孔设置和表面性质设置，配合流通通道的导流支撑凸起设置，降低了微通道内实现逆流的难度，通过逆流萃取提高了分离收率。
[0020](4)本专利技术的连续逆流微孔膜萃取器，可以与微混合器、微反应器等微化工设备进行集成，实现微尺度范围内混合、反应、分离的连续化。
附图说明
[0021]图1为微孔膜萃取器的爆炸图；
[0022]图2为微孔膜萃取器的组装示意图；
[0023]图3为微孔膜萃取器的内部结构示意图；
[0024]图4为多级串联微孔膜萃取器的示意图；
[0025]图中：Ⅰ、上盖板；Ⅱ、下盖板；Ⅲ、微孔膜；1、流通通道；2、导流支撑凸起；3、微孔膜
卡槽；4、上盖板流体进口；5、上盖板流体出口；6、下盖板流体进口；7、下盖板流体出口；A1/A2/A3/A4、流体A流动路径；O1/O2/O3/O4、流体O流动路径。
具体实施方式
[0026]下面结合具体实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述。应理解，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的范围。
[0027]本专利技术提供的一种连续逆流微孔膜萃取器，应用于包括液
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液体系、气
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液体系的连续萃本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于膜萃取的微孔膜，其特征在于，所述微孔膜采用无机材料，所述微孔膜上的微孔设置为沙漏锥形，孔径为2～10μm，所述微孔膜的孔隙率为15％～35％。2.根据权利要求1所述的微孔膜，其特征在于，所述微孔膜应用于液
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液体系时，通过引入亲疏水性基团对所述微孔膜的两侧进行表面改性，使得所述微孔膜两侧表面水接触角在0～160
°
之间；所述微孔膜应用于气
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液体系时，通过引入亲疏水性基团对所述微孔膜的两侧进行表面改性，然后在所述微孔膜与气相接触的一侧表面负载50～100nm厚的纳米分子层。3.根据权利要求2所述的微孔膜，其特征在于，所述亲疏水性基团选自多巴胺、聚乙二醇、偶氮苯、烷基链、氟硅烷、含氟丙烯酸酯中的一种或多种；所述纳米分子层为金属氧化物。4.根据权利要求1所述的微孔膜，其特征在于，所述微孔的上下两侧孔径为7～10μm，中间孔径为2～5μm。5.一种连续逆流微孔膜萃取器，其特征在于，所述微孔膜萃取器包括上盖板、下盖板和权利要求1
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4中任一项所述的微孔膜，所述微孔膜设置于所述上盖板和下盖板之间，其中：所述上盖板和下盖板均设有流体进出口且均刻蚀有流通通道，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨志荣，聂梦霞，张晶，段学志，钱刚，周兴贵，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：