中空纤维复合膜分离挥发性有机废气的实验研究

摘要

膜分离法是治理挥发性有机化合物(VOEs)污染的一种新方法,与传统方法相比,具有高效、节能、操作简单和不产生二次污染并能回收有机溶剂等优点,有较为广阔的应用前景.因此膜法回收挥发性有机气体已成为备受关注的前沿课题,并已步入工业化应用阶段. 本文对中空纤维复合膜分离技术对于挥发性有机气体(正庚烷)/氮气体系的分离进行了研究,自行研制了微型中空纤维膜组件,设计并组装了复合膜测试系统,进行了膜筛选和工艺条件实验. 首先选取了4种常见的中空纤维为基膜、4种硅橡胶为涂层,采用浸渍涂敷法制备了不同基膜和硅橡胶涂层的复合膜,研究了制膜条件(硅橡胶浓度、催化剂用量、交联剂用量)对膜分离性能的影响.发现以PS-Ⅰ聚砜膜为基膜所制成的复合膜都有较好的分离性能,其中以甲基硅油为涂层所制成的复合膜的分离性能最佳. 其次,进行了对几种中空纤维基膜进行热处理改性的研究,并讨论了不同的热处理条件(热处理时间和热处理温度)对复合膜分离性能的影响,找到了最佳的热处理条件.发现热处理使得以PS-Ⅰ为基膜的复合膜的分离性能显著降低,而使得以PS-Ⅱ和PVDF为基膜的复合膜的分离性能大幅度提升. 通过红外光谱法分析膜表面的官能团,用扫描电镜法测定复合膜的断面和表面结构,用X射线光电子能谱法对复合膜进行元素分析. 最后,在经热处理的PVDF为基膜和RTV-107为涂层的复合膜上,分别考察不同操作条件(原料气压力、进料气浓度、原料气流速、操作温度、透过侧压力、操作方式)对正庚烷/氮气体系以及正庚烷/空气体系分离性能的影响,从而得到较为适宜的工艺操作条件.

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前言

第一章文献综述

1.1挥发性有机废气(VOCs)的污染控制技术

1.1.1燃烧法

1.1.2吸附法

1.1.3吸收法

1.1.4冷凝法

1.1.5电晕法

1.1.6光催化氧化法

1.1.7生物法

1.2膜分离法对挥发性有机废气(VOCs)的分离和回收

1.2.1气体膜分离过程的基本原理

1.2.2气体分离膜的主要特性参数

1.2.3影响渗透通量和选择性系数的因素

1.2.4气体分离膜材料

1.2.5膜材料的改性

1.2.6复合膜的制备工艺

1.2.7膜组件

1.3论文的选题及主要研究思路

第二章实验设备和实验方法

2.1实验试剂和仪器

2.1.1实验试剂

2.1.2气体分离实验流程及设备

2.1.3膜组件的研制

2.2实验方法

2.2.1复合膜的制备

2.2.2复合膜分离性能的评价方法

2.2.3原料气和透过气的成分分析方法

2.2.4膜的分离性能评价参数

2.3中空纤维复合膜的表征方法

2.3.1红外光谱法测定官能团

2.3.2 SEM法测定膜的断面和表面结构

2.3.3 X射线光电子能谱分析

2.4本章小节

第三章中空纤维复合膜制备的优化和膜的表征

3.1中空纤维复合膜制备条件的优化

3.1.1基膜的选取

3.1.2涂层的选取

3.2中空纤维复合膜的表征

3.2.1红外光谱分析

3.2.2扫描电镜分析

3.2.3 X射线光电子能谱分析

3.3本章小结

第四章中空纤维复合膜分离正庚烷/氮气和正庚烷/空气操作条件的研究

4.1正庚烷/氮气体系分离操作条件分析

4.1.1进料气浓度的影响

4.1.2原料气压力的影响

4.1.3原料气流速的影响

4.1.4操作温度的影响

4.1.5透过侧压力的影响

4.1.6操作方式的影响

4.2正庚烷/空气体系分离操作条件分析

4.2.1原料气流速的影响

4.2.2透过侧压力的影响

4.2.3操作温度的影响

4.3本章小结

第五章结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢