渗透汽化脱除碳酸二甲酯中微量水的研究

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1、渗透汽化脱除碳酸二甲酯中微量水的研究1,2113肖通虎，曹义鸣，邓麦村，张瑞丰1．2．（中国科学院大连化学物理研究所大连116023；中国科学院研究生院，北京1000493．宁波大学材化学院，宁波315211）摘要：碳酸二甲酯中微量水的脱除，有着实际应用的需要。通过理论计算渗透汽化分离过程中的不同操作条件及膜分离性能下，碳酸二甲酯中水能达到的理论极限最低含量，分析预测了渗透汽化法脱除碳酸二甲酯中微量水的可行性问题。进一步，采用壳聚糖膜渗透汽化脱除微量水进行了初步的实验探索，理论预测的结果可以较好地解释实验现象。关键词：渗

2、透汽化，碳酸二甲酯，微量水，预测，壳聚糖1前言锂离子电池由于具有工作电压高、能量密度大、记忆效应小、自放电率低、轻捷方便等优点而作为便携式电源在移动通讯及数码产品等领域得到广泛应用,并在未来高比能、高功率的储能电池市[1]场显示出明显竞争优势。碳酸二甲酯(DMC)是因粘度低、闪点高，在锂离子电池电解液的复合溶剂中比较常用。水份含量是电解液中有机溶剂的一个重要的质量指标，通常要求电池级DMC水分含量[2][3]小于10mg/kg，据D.Aurbach等的报道，当含水量超过0.1wt%时，锂离子电池将被完全破坏。虽然目前电池

3、级DMC尚无国家标准，但从厂家提供的产品质量指标来看，通常水分含量低于20mg/kg。从水含量约0.1wt.％的碳酸二甲酯产品中进一步脱水达到电池级DMC的要求，精馏法显然是不经济[4-6]的。目前，工业上采用吸附法较多，如分子筛吸附脱水，必须首先将分子筛锂化。一般来讲，吸附法投资较低，但通常为间歇式操作，设备庞大、操作复杂，水含量随时间变化。同时，吸附剂的再生、更换以及过程中产生的废气、废液等的处置大大降低了过程的经济性。渗透汽化膜分离技术，与蒸馏、吸附等传统分离技术相比，分离效率高、能耗低、过程简单、操作方便、不污染

4、环境、易[7]于与其它过程集成，广泛用于石油化工、环境化工及相关工业领域。其中有机溶剂脱微量水过程，[8-14]如苯中微量水的脱除、C6溶剂油中微量水的脱除中已取得工业化应用。[15]A.Nickel等报道了一种采用GFT公司的PVA/PAN复合膜渗透汽化分离DMC中水的方法。在o2大约50～70C下，当进料组成中含水量在2.7%时，膜的渗透通量达到0.8kg/(m.h)，水对DMC的分[16-17]离系数达到640。W.Won等在研究渗透汽化分离甲醇/碳酸二甲酯/水三元恒沸物的过程中，考o察了25～65C时，用壳聚糖均

5、质膜分离碳酸二甲酯与水二元混合物的渗透汽化特性，发现水含量在1～2.6wt.％时，壳聚糖膜对碳酸二甲酯中水的脱除效果明显，水对DMC的分离系数超过930，渗透液中水的含量可以达到95wt.%以上。但将渗透汽化技术用于电池级碳酸二甲酯脱除微量水（初始水含量～0.1wt.%）方面的研究，目前国内外尚未见公开报道。2理论预测渗透汽化过程料液侧水可能达到的最低组成xw,min[8-14]李继定等对渗透汽化脱微量水过程的基础理论进行了研究，用式（1）估算有机溶剂中水可肖通虎，宁波大学材化学院工作，xthci@sina.com能达到

6、的理论最低含量，并应用于苯、C6溶剂油、丁酮甲苯混合溶剂及环体有机硅脱微量水等过程。pyw（1）x=w,minspγww但式（1）没有论述y与膜的分离特性的关联关系。实际上，用于脱水的渗透汽化膜不仅作为w两相之间的一个分隔材料，而且是一个对水优先渗透、具有选择性的材料。对于双组份体系，水的分离系数（α）为:yy/(1−)（2）α=wwx/(1−x)ww如果料液侧水的含量能达到理论上可能的最低含量，则x=x，代入式（1）得：ww,minsppα−γ（3）x=www,minspγα(1−)ww式（3）是考虑膜对不同组份的选择

7、性后得出的关系式，可用于渗透汽化过程料液侧水可能达到s的最低浓度x的理论预测。实际上，当pα

8、分压，p