4A分子篩用于回收異丙醇除水及其再生的研究

賈世謙

(青島科技大學 化工學院，山東 青島 266042)

4A分子篩用于回收異丙醇除水及其再生的研究

賈世謙

(青島科技大學 化工學院，山東 青島 266042)

研究了多種除水劑對含過量水的異丙醇不同的除水能力。確定了4A分子篩具有良好的除水能力，蒸餾法會使其除水能力下降。4A分子篩可以再生重復使用5次以上，研究了再生后重復使用對異丙醇除水能力和分子篩質量的影響。

異丙醇；除水；分子篩；再生

工業生產中存在大量回收異丙醇，而這種異丙醇中含有超標的水分，從而限制異丙醇的再次使用。而異丙醇傳統的除水方式有高毒高能耗的缺點。為了除去異丙醇中的水分，并彌補傳統的使用有毒溶劑的缺點，進行了以4A分子篩為主要除水劑[1-3]的探索異丙醇除水的實驗，并制作蒸餾柱，用蒸餾法來探索用于工業化生產的可能性。

1 實驗部分

1.1 原料

硅膠，A型硅膠，蘇州中達干燥劑有限公司；無水硅酸鎂，化學純，山東金濤輕工科技有限公司；無水硫酸銅，化學純，石家莊紫金銅業有限公司；分子篩，鈉A型(4A)分子篩，上海嘉定分子篩廠；回收異丙醇，山東藍星東大化工有限責任公司；

1.2 儀器與設備

DT-305型全自動微量水分測定儀，淄博華坤電子儀器有限公司；自動控溫電熱帶，電熱帶江蘇環亞電熱儀表有限公司；ZKSFB-1型真空干燥箱，上海樹立儀器儀表有限公司；FA1004B型高精度電子天平，上海越平教學儀器公司

1.3 實驗內容

(1)分別以硅膠、無水MgSO4/CuSO4(質量比2:1)、 4A分子篩為除水劑，取一定量除水劑放到120℃烘箱中烘焙處理4小時。稱取20g處理過的除水劑放入具塞錐形瓶中。準確量取150g異丙醇倒入上述錐形瓶中。密封靜置[4]，檢測不同時間點異丙醇中水的質量分數。

(2)分別以硅膠、無水MgSO4/CuSO4、4A分子篩為除水劑，稱取50g已活化的除水劑放進冷凝管中做成柱狀。取200g回收的異丙醇于三口燒瓶中，進行蒸餾依次經過裝有除水劑的冷凝管，冷凝管，并抽真空。升溫至50℃開始抽真空蒸餾，直至溫度快速升至150℃直至無餾分蒸出。檢測餾分中水的質量分數。其中用再生的4A分子篩重復以上實驗。

2 結果與討論

2.1 不同除水劑靜置法除水劑的除水效果分析

使用硅膠、無水MgSO4/CuSO4(質量比2:1)、 4A分子篩三種除水劑分別使用靜置法，在不同的時間點測量異丙醇中水的質量分數，實驗結果如圖1所示。

由圖1中可知，三種除水劑在異丙醇除水過程中，水的質量分數都是先迅速降低，再緩慢下降。由圖1可以發現，初期除水效果最好的依次是無水MgSO4/CuSO4、硅膠、4A分子篩，最終吸水能力最強的依次是無水MgSO4/CuSO4、4A分子篩、硅膠。這種現象的產生是因為不同除水劑的除水原理以及除水材料的比表面積不同。無水MgSO4/CuSO4表觀粉末狀，且以分子結晶水的形式吸附大量的水，這種形式的除水作用迅速而且效果明顯。4A分子篩與硅膠比表面積類似，而吸附面的極性作用要更強，因而除水作用居中。硅膠無論是比表面積還是吸附面的極性作用最弱，因而效果最差。

2.2 異丙醇靜置法和蒸餾法除水特點的對比

由于分子篩和硅膠具有良好的顆粒形態，相比于粉末狀的無水MgSO4/CuSO4，更加具有工業使用的可操作性，因而使用硅膠、4A分子篩兩種除水劑，在分別使用靜置法和蒸餾法時，異同特點對比，實驗結果如圖1所示。

表1 異丙醇靜置法和蒸餾法除水特點的對比

有表2 可以看出，靜置法相比于蒸餾法除水耗費時間更長，但是除水效果更有優勢。因為是蒸餾法由氣相經過干燥柱，歷經時間較短，且氣相溫度高，對除水劑對水分的吸附能力造成困難。

2.3 4A分子篩的再生對除水過程的影響

使用再生的4A分子篩進行蒸餾實驗，在隨著處理的異丙醇的質量增加，分子篩逐漸達到吸水飽和，因而異丙醇中水的質量分數也逐漸增加。實驗結果如圖2所示。

圖2 處理后異丙醇中水的質量分數與處理前的異丙醇質量的關系

由圖2 可以看出餾出物的含水量隨著處理的異丙醇質量增加而增加，這與4A分子篩自身吸水逐漸趨于飽和的性質相匹配[5-6]。在經過再生后，循環使用次數對4A分子篩的除水能力影響不大，這也就證明了4A分子篩可循環使用的可行性。

2.4 再生次數對4A分子篩最大除水能力的影響

采用靜置法，用再生次數不同的4A分子篩20g分別處理8h的200g異丙醇。異丙醇中水的質量分數和再生次數的關系如圖3所示。

圖3 異丙醇中水的質量分數和4A分子篩再生次數的關系

由圖3 可以看出除水后異丙醇的含水量隨著再生次數的增加而逐漸增加，在再生次數超過6次以后，4A分子篩除水能力顯著下降。可能是再生處理后，分子篩內部微孔以及表面逐漸累積無法去除的殘留物[7-8]，并隨著再生次數增加，殘留累積逐漸增加，直至嚴重影響分子篩的除水能力。

3 結論

4A分子篩可以用于實驗室的靜置法給異丙醇除水，也可以采取制成蒸餾柱的形式用于異丙醇除水，并具有良好的除水效果。4A分子篩再生5次以內的不會影響對異丙醇的除水效果，而5次以及更多次數的再生將使4A分子篩儲水能力大幅度下降，而這與分子篩再生過程中無法除去殘留物的累積有關。

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[3] 范榮玉, 吳方棣. 分子篩吸附脫除乙醇中微量水的研究[J].武夷學院學報, 2013, 32(2):60-64.

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(本文文獻格式：賈世謙.4A分子篩用于回收異丙醇除水及其再生的研究[J].山東化工，2016，45(08)：26-27,30.)

Study on 4A Molecular Sieves Used for Water Removal of Isopropanol and Its Regeneration

Jia Shiqian

(College of Chemical Engineering, Qingdao University of Science and Technology , Qingdao 266042,China)

Water removal property of kinds of water removal agent for isopropanol with excess water was studied. Excellent water removal property of 4A zeolite was confirmed. Distillation could decline the effect of water removal. Besides, 4A zeolite could be recycled used exceed 5 times and its repeated times effected on isopropanol water removal and its weight was researched.

isopropanol; water removal; zeolite; regeneration

2016-03-07

賈世謙(1983—)，山東省淄博人，工程碩士研究生，主要從事聚醚多元醇及聚合物聚醚多元醇的研究。

TQ028.15

A

1008-021X(2016)08-0026-02