不对称静电场耦合气体分离过程

摘要

膜法气体分离是指通过不同组分在膜中的渗透速率的差异实现分离的技术，其传质机理主要遵循溶解扩散原理，传质推动力是跨膜分压差。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膜法气体分离领域的重要课题。
　　本文以氮气脱湿为例，通过设计不对称静电场耦合膜法气体分离系统，使传质在压力场-不对称电场形成的耦合场下进行，使极性水分子在静电梯度力的作用下，加速向渗透侧迁移，从而提高极性水分子的渗透通量。由于非极性氮气分子不受电场影响，H2O/N2的分离系数也得以同时提高。本文采用聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯/聚砜界面形成膜为分离膜，通过比较有无电场时通量的变化，系统考察了电场条件和操作条件（包括:电压大小、电极距离、电场方向、渗透侧压力和操作温度）对耦合场传质的影响，并建立了耦合场传质的数学模型。结果表明在相同实验条件下，附加不对称静电场的耦合场过程较传统的膜法气体分离过程的渗透通量有较大幅度提高，当针-板电极电场的电压为5kV、渗透侧真空度为80kPa、电极距离为23.5mm时，水通量可提高45％。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 气体分离

1．2 气体分离膜的分类及特点

1．2．1 有机膜材料

1．2．2 无机膜材料

1．2．3 有机／无机杂化膜材料

1．3 气体在膜中的渗透机理

1．3．1 气体在均质聚合物膜中渗透

1．3．2 气体在多孔膜中渗透

1．3．3 气体在复合膜中渗透

1．4 水蒸气在膜中的渗透行为

1．4．1 成簇迁移

1．4．2 塑化和溶胀

1．5 气体膜分离技术的应用

1．5．1 空气分离

1．5．2 氢气回收

1．5．3 二氧化碳分离和吸附

1．5．4 天然气脱湿

1．5．5 烯烃-烷烃分离

1．6 气体膜分离技术的研究进展

1．6．1 有机膜材料方面

1．6．2 无机膜材料方面

1．6．3 有机／无机杂化膜材料方面

第二章 课题意义

2．1 研究背景及意义

2．2 理论基础

2．3 研究思路

2．4 研究内容

第三章 PDMAEMA／PSF复合膜的制备

3．1 实验部分

3．1．1 主要实验仪器及试剂

3．1．2 PDMAEMA的合成

3．1．3 PDMAEMA／PSF复合膜的制备

3．1．4 气体分离过程性能测试

3．2 结果与讨论

3．3 结论

第四章 不对称静电场耦合气体脱湿过程研究

4．1 实验部分

4．1．1 实验材料

4．1．2 实验仪器

4．1．3 不对称静电场耦合气体分离过程工艺流程

4．1．4 不对称静电场膜渗透池的设计

4．1．5 不对称静电场耦合膜气体脱湿过程性能测试

4．2 结果与讨论

4．2．1 电场对耦合场过程的影响

4．2．2 电场距离对耦合场过程的影响

4．2．3 不对称静电场耦合膜法气体分离的传质过程

4．2．4 渗透侧压力对耦合场过程的影响

4．2．5 操作温度对耦合场过程的影响

4．4 结论

第五章 结论

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢