PAAS/Silicalite-1杂化膜的二甲苯异构体渗透气化分离性能的研究

摘要

渗透汽化技术作为一种新型的膜分离技术，以其低耗高效的优点受到广泛关注。在渗透汽化分离二甲苯异构体领域，基于分子筛的有机/无机杂化膜同时具备了高分子材料和分子筛无机材料的优点，有望获得高性能的分离膜。本文制备孔道大小与对二甲苯接近的优先透过对二甲苯的Silicalite-1分子筛，为了克服Silicalite-1分子筛在杂化膜中易团聚以及与高分子材料相容性差等缺点，对Silicalite-1分子筛进行表面改性，并制备表面改性分子筛杂化膜，考察了其对二甲苯异构体的溶胀性能和渗透汽化性能，并进一步探讨分子筛改性、分子筛含量和料液体系等因素对膜渗透汽化性能的影响。
　　 首先采用3-氨丙基-三乙氧基硅烷(APTES)对自制的Silicalite-1分子筛进行表面改性。FTIR、29Si-NMR和XRD结果表明Silicalite-1分子筛被成功改性。表面改性的Silicalite-1分子筛带上了NH3+基团，因而改性的分子筛因为呈正电荷相互排斥，降低了团聚程度，提高了其在水中的分散性。粒径分析结果和SEM形貌图证实了这一结论。
　　 用铸膜液涂覆法制备分子筛杂化膜，并对膜的形貌进行表征，测定膜的溶胀吸附性能。杂化膜的SEM图谱表明，分子筛改性前，在膜中易团聚，与PAAS界面间存在空穴，相容性差，改性后，分子筛在膜中分散得更均匀，而且与聚丙烯酸钠（PAAS）结合得更紧密，而通过溶胀实验，得出杂化膜在二甲苯异构体中的溶胀度顺序为：S（间二甲苯）＜S（邻二甲苯）＜S（对二甲苯），分子筛改性后，膜的溶胀性能下降。通过平衡吸附实验，计算杂化膜在各二甲苯异构体中的扩散系数，顺序如下：D（邻二甲苯）＜D(间二甲苯）＜D（对二甲苯）。
　　 最后通过渗透汽化实验，考察了膜的分离性能。研究分子筛含量、分子筛改性和料液组成等对渗透汽化性能的影响。随着分子筛含量的增加，分离因子先增加后下降，渗透通量先下降后增加。分子筛表面改性后，膜内分散性提高相容性变好，二甲苯体系的分离选择性增加。杂化膜对对二甲苯/邻二甲苯的分离体系分离因子最高、对二甲苯/间二甲苯次之、邻二甲苯/间二甲苯最小。杂化膜的最大的分离因子达到2.62（对/邻二甲苯体系）和2.68（对/间二甲苯体系）。