不对称静电场强化渗透汽化过程

摘要

渗透汽化是一种绿色、高效的膜分离技术，其应用领域越来越广泛。在有机物脱水，水中回收贵重有机物、有机-有机体系分离领域中均有很好的应用前景。对于聚合物膜而言，由于分离选择性/渗透性之间存在的trade-off现象，使得两者存在上限关系。因此，改进膜系统分离性能的研究已成为渗透汽化分离领域的重要课题。
　　本文采用商品聚乙烯醇膜，以渗透汽化过程分离二元混合物为例，通过在膜的两侧放置形状不同的电极，并使渗透侧的电场强度大于原料侧的电场强度，建立不对称静电场强化渗透汽化过程，使极性分子在电场梯度力的作用下，偶极矩发生变化，加速向渗透侧迁移，又因二元体系中不同物质极性不同，所受作用力不同，导致迁移速率不同，从而可以在提高渗透通量的同时提高分离效果。以89.4 mol％的乙醇/水共沸物溶液为原料，考察了电场梯度、温度等条件对渗透汽化性能的影响，并建立了耦合场传质模型。结果表明在相同实验条件下，附加不对称静电场的耦合过程较传统的渗透汽化过程的渗透通量有很大幅度提高，当电压为4 kV、真空度为90 kPa、温度为20℃、电极距离为23.5 mm、针电极接电源正极，板电极接地的连接方式时，渗透通量提高率达37.7％，并且同时提高分离因子。本文还讨论了不对称静电场强化渗透汽化过程在异丙醇，乙二醇以及乙酸乙酯脱水中的应用。结果表明，附加不对称静电场在提高渗透通量的同时还可以提高分离性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 渗透汽化技术

1．1．1 渗透汽化概念

1．1．2 渗透汽化的基本原理及分类

1．1．3 渗透汽化的特点以及其适用的过程

1．1．4 渗透汽化的传递机理

1．2 渗透汽化膜材料的选材原则

1．2．1 极性相似和溶剂化原则

1．2．2 Flory-Huggins相互作用参数x原则

1．2．3 溶解度参数δ原则

1．2．4 定性的亲憎水平衡理论

1．3 渗透汽化的应用

1．3．1 有机溶剂脱水

1．3．2 水中微量有机物的脱除

1．3．3 有机-有机混合物的分离

1．4 渗透汽化膜分离性能的提高

1．4．1 通过膜材料的选择和改性提高膜分离通量及选择性

1．4．2 膜过程设计对渗透分离性能的提高

1．5 渗透汽化中的膜污染问题

第二章 不对称静电场概述及课题的提出

2．1 介电泳现象及应用

2．1．1 介电泳现象概述

2．1．2 介电泳的主要应用

2．2 课题提出

第三章 不对称静电场强化渗透汽化过程研究

3．1 实验部分

3．1．1 实验材料

3．1．2 实验仪器

3．1．3 渗透汽化过程工艺流程

3．1．4 不对称静电场强化渗透汽化过程膜池的设计

3．2 渗透汽化的评价方法

3．3 结果与分析

3．3．1 电场对渗透通量的影响

3．3．2 电场强度对分离因子的影响

3．3．3 不对称静电场强化渗透汽化的传质过程

3．3．4 温度对渗透汽化耦合场的影响

3．4 结论

第四章 不对称静电场强化渗透汽化的应用研究

4．1 实验部分

4．1．1 实验材料与试剂

4．1．2 实验仪器

4．1．3 试剂的性质

4．1．4 不对称静电场强化渗透汽化过程应用研究实验工艺流程

4．2 结果与分析

4．2．1 醇类脱水

4．2．2 乙酸乙酯脱水

4．2．3 不同有机物脱水体系比较

4．3 结论

第五章 结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢