超临界二氧化碳微乳液膜分离多元醇水溶液过程基础研究

在含超临界CO2（SCCO2）溶液中加表面活性剂，促使体系形成w/c型微乳液。该溶液是拟匀相系，具有良好热力学稳定性和相可调、可控性。微乳液的形成，使系统不仅对非极性物质易溶，对大分子、极性物质也有很好的溶解特性。于是，SCCO2微乳液萃取技术便能用于分离生物发酵液、中药水溶液以及有机废水等。极大地拓展了超临界萃取的应用领域和范围。若再同膜分离相耦合，则既能有选择性地分离目的成分，还可回收高压CO2。是一项高效、节能、环保的新技术。为此，本课题在前期研究工作基础上，以生物发酵液分离为背景，提出用超临界CO2微乳液膜分离多元醇水溶液。主要研究：◆ 超临界CO2微乳液的相行为和热力学特性；◆ 超临界CO2微乳液的膜分离特性；◆ 超临界CO2微乳液在膜孔中的渗透、扩散机理与模型化。目的为生物发酵液提纯、中药水溶液分离和有机废水处理等提供新方法、相关理论和实验依据。

发酵法制备化学品得到产物的稀水溶液，浓度低于10vol%，需用特殊分离技术提高效率降低能耗。本课题以超临界二氧化碳微乳液实现多元醇稀水溶液的选择性分离，以获得高浓度之多元醇，并偶合膜分离回收高压二氧化碳。选择了三类表面活性剂(AOT、TMN、Ls系列)，以超临界二氧化碳为连续相，1,3丙二醇稀水溶液模型化合物为分散相，通过自行研制开发的非一体式超临界相平衡仪，对三元、四元和五元复杂体系热力学相行为进行研究，发现上述商用表面活性剂均可以在一定条件下形成超临界二氧化碳微乳液，适当调节体系组成可以实现选择性分离1,3丙二醇。对于AOT系统而言，加入少量乙醇做助剂可以促进其溶解于超临界二氧化碳并形成微乳液。对于TMN和Ls系列系统而言，因其可以直接溶于超临界二氧化碳，故不需要外加乙醇助剂。但因为Ls系列形成的微乳体系压力较高，考虑实际应用，可以借助少量乙醇显著降低体系压力。此外，本课题还探讨将超临界二氧化碳微乳液体系偶合膜分离技术以期在高选择性分离目标产物的同时回收高压二氧化碳。结果证明，选择合适的纳滤膜和相应的操作条件，可以达成此目的。