渗透汽化法汽油脱硫用热塑性聚氨酯弹性体膜的制备与改性

摘要

渗透汽化膜脱硫是一种新型的汽油脱硫技术，与传统汽油脱硫技术相比，该技术具有不损失辛烷值、能耗低、环境友好、操作简单、易于工业放大等特点。高性能膜材料和膜组件开发困难导致渗透汽化脱硫未实现真正的工业化。本文以膜材料为研究对象，开展膜材料的选用、改性、工艺优化等研究。 论文以自制聚偏氟乙烯（PVDF）和商业用聚丙烯腈（PAN）为底膜，制备热塑性聚氨酯弹性体（TPU）平板膜，将其应用于渗透汽化汽油脱硫中。参照京博石化股份有限公司FCC汽油的组成，由噻吩、正庚烷、环己烷、甲苯、环己烯五组分配制模拟汽油，硫含量为300mg·L-1。研究结果表明：TPU膜的最佳制备工艺条件为：固含量为9.1%，成膜温度为40℃，刮膜厚度为300μm，底膜为PVDF；膜脱硫的最佳工艺条件为：料液温度80℃，渗透侧压力30-100Pa，进料流速90mL·min-1，此时测得膜通量达到5.49kg·m-2·h-1，硫富集因子为3.53；实验中采用PVDF、PAN两种不同底膜对TPU膜性能进行对比，相同条件下，膜的通量大小次序为：PVDF＞PAN；硫富集因子大小次序为：PAN＞PVDF。对复合膜进行电镜扫描看出膜表面是光滑、平坦、无缺陷；断面结构清晰，由致密的活性层表层和多孔的支撑层两部分组成。当固含量为12.5%时，TPU膜的通量偏低，为1.76kg·m-2·h-1，硫富集因子为6.04，为提高TPU膜的通量，本论文采用TiO2纳米溶胶对TPU膜进行杂化改性，杂化结果表明，TPU/TiO2杂化膜的通量得到提高，为4.44kg·m-2·h-1，硫富集因子有所降低，为4.73。对杂化膜进行电镜扫描看出随着TiO2掺杂量的增加，TiO2粒子团聚现象变得逐渐明显，而且膜内的微孔数目变多，孔径也在增大。 论文选取硫含量为1700mg·L-1的京博富硫油为处理对象，进行了富硫油基本组成分析和TPU膜渗透汽化脱硫性能研究。分析结果为：富硫油烃类主要由芳烃组成，超过了60%（wt%）；富硫油中的有机硫化物主要为噻吩类化合物，超过了99%（wt%）。经过性能研究得到：TPU膜对富硫油的硫富集因子为2.8，通量为1.49kg·m-2·h-1。为了提高TPU膜对富硫油的选择性，本论文采用Ag2O对TPU膜进行杂化改性，杂化结果表明，TPU/Ag2O杂化膜的硫富集因子得到提高，为3.08，通量有所降低，为1.14kg·m-2·h-1，TPU/Ag2O杂化膜具有较好的应用潜力。对杂化膜进行电镜扫描看出Ag2O均匀分散在膜中，无明显团聚现象。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 不同汽油脱硫技术简介

1.2.1 催化加氢脱硫技术

1.2.2 硫转移脱硫技术

1.2.3 氧化脱硫（ODS）技术

1.2.4 吸附脱硫（ADS）技术

1.2.5 萃取脱硫（EDS）技术

1.2.6 生物脱硫（BDS）技术

1.2.7 膜法脱硫（MDS）技术

1.3 渗透汽化汽油脱硫技术

1.3.1 渗透汽化技术概述

1.3.2 渗透汽化分离原理和过程特点

1.3.3 传递过程中的基本理论

1.3.4 膜性能评价指标

1.3.5 渗透汽化汽油脱硫发展历程

1.4 渗透汽化膜材料选择原则和分类

1.4.1 渗透汽化膜材料选择原则

1.4.2 渗透汽化膜分类

1.5 渗透汽化膜组件分类

1.5.1 板框式膜组件

1.5.2 卷式膜组件

1.5.3 管式膜组件

1.5.4 碟管式膜组件

1.6 本论文的研究内容

第二章 渗透汽化脱硫用TPU膜的制备工艺优化

2.1 前言

2.2 实验部分

2.2.1 实验试剂及实验仪器

2.2.4 TPU复合膜的制备

2.2.5 膜的结构表征方法

2.2.6 膜性能测试

2.2.7 膜渗透性能评价

2.3实验结果与讨论

2.3.1 膜制备工艺对TPU复合膜渗透汽化脱硫性能的影响

2.3.2 操作条件对TPU复合膜渗透汽化脱硫性能的影响

2.3.3 TPU渗透汽化膜的分析表征

2.4 小结

第三章 渗透汽化脱硫用TPU膜的杂化改性

3.1 前言

3.2 实验部分

3.2.1 实验试剂及实验仪器

3.2.2 TiO2溶胶的制备

3.2.3 TPU/TiO2铸膜液的配制

3.2.4 TPU/TiO2杂化膜的制备及其性能评价

3.2.5 膜的结构表征方法

3.3 实验结果与讨论

3.3.1 固含量为12.5%TPU膜的渗透汽化性能

3.3.2 TPU/TiO2杂化膜的分离透过性能

3.3.3 TPU/TiO2杂化膜的微观结构表征

3.4 小结

第四章 渗透汽化脱硫用TPU膜的实际应用研究

4.1 前言

4.2 实验部分

4.2.1 实验试剂及实验仪器

4.2.2 TPU/Ag2O铸膜液的配制

4.2.3 TPU/Ag2O杂化膜的制备及其性能评价

4.2.4 膜的结构表征方法

4.3 实验结果与讨论

4.3.1 TPU/PAN复合膜对富硫油的分离透过性能

4.3.2 富硫油的烃类族组成和硫类型表征

4.3.3 TPU/Ag2O杂化膜的分离透过性能

4.3.4 TPU/Ag2O杂化膜扫描电镜分析

4.4 小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢