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N-甲基吡咯烷酮(NMP)是电子行业一种常用有机溶剂,主要用作锂电池的电解液,液晶显示器、硬盘等电子产品的清洗剂等高端领域。电子行业需使用纯度高于99.9%、甲胺含量低于5ppm、品质达到电子级标准的高纯NMP,采用传统精馏工艺纯化的产品,其纯度基本能达标,但甲胺含量难以降低到30ppm以下。因此,亟待寻找一种高效去除NMP中甲胺的方法。基于此,本文将离子交换纤维应用到NMP的提纯中,通过对工艺条件的优化,确定了适宜的工艺参数,并将该工艺应用到国内某企业NMP的提纯中。
本文比较了离子交换材料001×7型强酸树脂、PP-ST-DVB基强酸纤维、PPS基强酸纤维、PAN基弱酸纤维的吸附容量、吸附速率以及对甲胺的去除效果,筛选出PP-ST-DVB基强酸纤维作为分离材料,并对吸附过程进行了系统研究。
通过静态吸附实验,考察了溶液温度、pH值、甲胺初始浓度等因素对PP-ST-DVB基强酸纤维吸附性能的影响,从热力学和动力学角度对纤维吸附甲胺的行为进行了深入分析,并采用红外光谱分析的方法对吸附机理进行了初步探讨。通过动态吸附实验,探讨了溶液初始浓度、柱流速等因素对甲胺去除效果的影响,确定适宜的工艺条件,并用吸附-再生实验对纤维的再生性能进行了验证。以实验室研究结果为基础,进行了工厂中试实验。
静态实验结果表明:PP-ST-DVB基强酸纤维对甲胺具有较高的吸附容量,298K下,纤维的静态饱和吸附量为145mg/g(干纤维);在自然pH值条件下,纤维对甲胺的吸附效果较好,吸附平衡时间为40min。
热力学研究表明:Langmuir和Freundlich等温方程都可用来描述PP-ST-DVB基强酸纤维对甲胺的吸附行为,相关系数均在0.99以上。纤维对甲胺的吸附是一个自发(△G<0)且熵增加(△S>0)的吸热过程(△H>0)。动力学研究表明:PP-ST-DVB基强酸纤维对甲胺的吸附符合准二级动力学模型,液膜扩散是反应的速控步骤。纤维吸附甲胺前后的红外光谱分析表明,甲胺以离子形式被纤维吸附。
动态实验结果表明:适宜的进料流速为1mL/(min.g-纤维),吸附饱和的纤维经1mol/LHCl溶液洗脱后可重复利用。在选定的吸附和再生条件下,纤维对甲胺的吸附和解吸性能稳定,再生率均在99%以上。经30次重复使用后,纤维的吸附性能基本不变。
工厂中试试验表明:PP-ST-DVB基强酸纤维能够有效脱除低含水量、低甲胺含量工业NMP中的甲胺,处理后NMP中的甲胺含量<5ppm,含水量稳定在250ppm左右,满足SEMIC8对电子级NMP中甲胺及含水量的要求。