Pervaporation membrane containing ionic liquid for biobutanol concentration

• Autorzy: Marszałek J. , Rdzanek P.

Identyfikatory

DOI

10.2428/ecea.2013.20(09)098

Warianty tytułu

PL

Perwaporacyjna membrana z dodatkiem cieczy jonowej do zatężania biobutanolu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper describes the creation process for an active layer of pervaporation membrane containing ionic liquid achieved by its appropriate blending with PDMS and hardening by way of polycondensation. The test was performed with the use of hydrophobic ionic liquids with butanol selectivity – 1-butyl-3methylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide and 1-hexyl-3-methylimidazilium hexafluorophosphate. The influence of mass content of components and the type of supporting layer on the membrane process parameters was analyzed. Then the prepared membranes were tested in pervaporation process of biobutanol concentration from the model quaternary solution of acetone-butanol-ethanol-water. The process was carried out continuously in a steady state conditions. The permeate side pressure was 30 mbar, feed temperature was 50 oC and the feed flow rate was 40 dm3/h. Compositions of permeate and retentate were analyzed using gas chromatography. Preparation of membranes obtained by polycondensation hardening of the solution consisting of ionic liquid and PDMS enabled us to provide the most appropriate membranes for pervaporation process. The observed permeate fluxes were at relatively low levels due to additional resistance caused by the thickness of PDMS layer.

PL

W pracy wytworzono warstwę aktywną membrany perwaporacyjnej z dodatkiem cieczy jonowej poprzez odpowiednie zmieszanie z PDMS i polikondensacyjne utwardzenie. Do badań użyto hydrofobowych cieczy jonowych: 1-butyl-3methylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide oraz 1-hexyl-3-methylimidazilium hexafluorophosphate, które wykazują selektywność w stosunku do butanolu. Przeanalizowano wpływ udziału masowego składników oraz rodzaj warstwy podporowej na parametry procesowe membrany. Na wytworzonych membranach wykonano badania perwaporacyjnego zatężania biobutanolu z modelowego czteroskładnikowego układu aceton-butanol-etanol-woda. Proces prowadzony był w sposób ciągły, w warunkach ustalonych, z ciśnieniem po stronie permeatu wynoszącym 30 mbar, w temperaturze 50 oC i z natężeniem przepływu nadawy 40 dm3/h. Skład permeatu i retentatu był analizowany za pomocą chromatografii gazowej. Szeroka preparatyka membran otrzymanych metodą utwardzania polikondensacyjnego mieszaniny cieczy jonowej z PDMS pozwoliła wyłonić najodpowiedniejsze membrany do procesu perwaporacji. Obserwowane strumienie procesowe były relatywnie niskie i wynikały z dodatkowych oporów spowodowanych grubością warstwy PDMS.

Słowa kluczowe

EN

membrane; ionic liquid; pervaporation; biobutanol

PL

membrana; ciecz jonowa; perwaporacja; biobutanol

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Ecological Chemistry and Engineering. A
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 20, nr 9
• Strony: 1065--1072
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., tab., wykr., rys.

Twórcy

autor

Marszałek J.

• Faculty of Process and Environmental Engineering, Lodz University of Technology, 90–924 Łódź, ul. Wólczańska 213, Poland, phone: + 48 42 631 37 86, fax: + 48 42 636 56 63

autor

Rdzanek P.

• Faculty of Process and Environmental Engineering, Lodz University of Technology, 90–924 Łódź, ul. Wólczańska 213, Poland, phone: + 48 42 631 37 86, fax: + 48 42 636 56 63

Bibliografia

• [1] Huang J, Meagher MM. J Membrane Sci. 2001;192:231-242.
• [2] Garcia V, Pongracz E, Muurinen E, Keiski RL. Desalination 2009;241:201-211. DOI: 10.1016/j.desal.2007.12.051
• [3] Fouad EA, Feng X. J Membrane Sci. 2008;323:428-435. DOI: 10.1016/j.memsci.2008.06.054.
• [4] El-Zanati E, Abdel-Hakim E, El-Ardi O, Fahmy M. J Membr Sci. 2006:280:278-283. DOI: 10.1016/j.memsci.2006.01.029.
• [5] Ohno H, Yoshizawa M, Mizumo T. Ionic Conductivity. In: Electrochemical Aspects of Ionic Liquids. Ohno H, editor. Hoboken, NJ, USA: John Wiley & Sons, Inc; 2005. DOI: 10.1002/0471762512.ch6.
• [6] Fredlake CP, Crosthwaite JM, Hert DG, Aki SNVK, Brennecke JF. J Chem Eng Data. 2004;49:954-964. DOI: 10.1021/je034261a.
• [7] Voss BA, Bara JE, Gin DL, Noble RD. Chem Mater. 2009;21:14:3027-3029. DOI: 10.1021/cm900726p.
• [8] Izawa H, Kadokawa JI. J Mater Chem. 2010;20(25):5235-5241. DOI: 10.1039/c0jm00595a.
• [9] Hanabusa K, Fukui H, Suzuki M, Shirai H. Langmuir. 2005;21(23):10383-10390. DOI: 10.1021/la051323h.
• [10] Hong SUK, Park D, Ko Y, Baek I. Chem Commun. 2009;46:7227-7229. DOI: 10.1039/b913746g.
• [11] Zhu X, Wang B, Wang H. Polym Bull. 2010;65(7):719-730. DOI: 10.1007/s00289-010-0321-y.
• [12] Ha SH, Mai NL, Koo Y-M. Process Biochem. 2010;45(12):1899-1903. DOI: 10.1016/j.procbio.2010.03.030.
• [13] Kubiczek A, Kamiński W, Mutual solubility of the selected ionic liquids and water in systems containing acetone, butanol and ethanol. Inż Ap Chem. 2013;52(4):351-352 [in Polish].
• [14] Marszałek J, Kamiński W. Pervaporation concentration of biobutanol. Proceedings of Membranes and Membrane Processes in Environmental Protection. Committee of Environmental Engineering Sciences. 2010;66(2):35-40 [in Polish].
• [15] Marszałek J, Kamiński W. Chem Proc Eng. 2012;33(1):131-140. DOI: 10.2478/v10176-012-0012-3.
• [16] Marszałek J, Kamiński W. Proceedings of ECOpole ’11. 2012;6(1):31-36. DOI: 10.2429/proc.2012.6(1)003.
• [17] Izak P, Ruth W, Fei Z, Dyson PJ, Kragl U. Chem Eng J. 2008;139(2):318-321. DOI: 10.1016/j.cej.2007.08.001.
• [18] Heitmann S, Krings J, Kreis P, Lennert A, Pitner WR, Górak A, Schulte MM. Sep Pur Techn. 2012;97:108-114. DOI: 10.1016/j.seppur.2011.12.033.