优先透醇的硅橡胶-聚偏氟乙烯复合渗透蒸发膜的制备与性能研究

摘要

渗透蒸发是分离液体混合物的一种新型膜分离技术，它是利用膜对不同组分选择性的不同来达到分离的目的，适宜应用于传统方法难以分离的恒沸物、近沸物和共沸物等体系，并具有高效、节能、环保等显著优点。本论文的工作旨在研究用于处理低浓度乙醇水溶液的优先透醇渗透蒸发膜，这是生产燃料乙醇的核心关键技术之一。 以聚偏氟乙烯(PVDF)膜作为基膜，以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为分离层膜材料，制成了PDMS-PVDF平板复合渗透蒸发膜。用该复合膜对低浓度的乙醇/水溶液进行了渗透汽化分离实验，考察了料液温度对渗透蒸发过程的影响。实验结果表明该复合膜能够优先透过乙醇，并具有稳定的分离因子和渗透通量。对相同浓度的原料液，在实验的温度范围内，复合膜的分离因子随温度的升高而变大；渗透通量随循环料液温度的升高而增大，成指数关系；并且1nJ与1/T成线性关系，可以用Arrhenius方程描述。 制备了沸石填充硅橡胶的有机/无机复合膜，考察了沸石的硅铝比及填充量对乙醇/水溶液的渗透汽化性能的影响。实验结果发现，随着分子筛中硅铝比的增加，复合膜对乙醇/水体系的分离因子和渗透通量也增大；在沸石的填充量为30％的时候分离效果最好。制备了沸石填充硅橡胶均质膜，研究了其在乙醇水溶液中的溶胀行为。实验结果显示，在同一温度下及一定浓度的乙醇水溶液中，随着分子筛添加含量的增加，膜的溶胀度不断增大，膜的溶胀选择因子先增加后降低；当温度一定、分子筛填充量不变时，膜的溶胀度随溶液中乙醇浓度的增加而增大；在分子筛填充量不变、以及乙醇/水溶液的浓度不变的情况下，膜的溶胀选择因子随着温度的升高而降低。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号说明

声明

第一章文献综述

1.1燃料乙醇的概念及发展

1.1.1燃料乙醇的概念

1.1.2燃料乙醇的发展

1.1.3乙醇生产技术分析

1.2膜分离简介

1.2.1膜分离综述

1.2.2膜分离分类及特点

1.2.3膜分离技术的应用

1.3渗透蒸发定义、特点及应用前景

1.3.1渗透蒸发定义

1.3.2渗透蒸发技术的特点

1.3.3渗透蒸发技术的应用前景

1.4渗透蒸发的传递机理

1.4.1溶解扩散模型

1.4.2孔流模型

1.4.3虚拟相变溶解扩散模型

1.4.4串联阻力模型

1.5渗透蒸发膜材料

1.6聚二甲基硅氧烷

1.7渗透蒸发复合膜

1.7.1渗透蒸发复合膜的特点

1.7.2渗透蒸发复合膜的制备方法

1.8渗透蒸发过程的分离性能和过程参数

1.8.1膜分离性能

1.8.2渗透蒸发过程参数

1.9课题研究工作的提出及论文研究的目的和意义

第二章实验部分

2.1膜材料的制备

2.1.1原料与试剂及仪器设备

2.1.2底膜的制备

2.1.3基膜材料的制备

2.1.4复合膜的制备过程

2.1.5沸石分子筛/PDMS复合膜的制备

2.2膜材料的表征

2.3膜材料的分离性能

2.4溶胀行为

2.4.1溶胀度的测定

2.4.2双组分溶解选择因子的测定

第三章结果与讨论

3.1刮膜条件的确定

3.2膜的表征

3.2.1均质膜的FT-IR分析

3.2.2膜的SEM分析

3.3均质膜的膜厚对分离因子及渗透通量的影响

3.4复合膜中不同支撑层对渗透蒸发性能的影响

3.5复合膜的渗透蒸发性能

3.6填充沸石分子筛的复合膜的分离性能

3.6.1不同类型沸石填充硅橡胶复合膜的分离性能

3.6.2沸石分子筛的填充量对渗透蒸发性能的影响

3.7膜的溶胀行为研究

3.7.1不同ZSM-5分子筛填充量对PDMS膜的溶胀特性的影响

3.7.2不同乙醇/水溶液浓度对PDMS膜的溶胀特性的影响

3.7.3温度对PDMS填充膜的溶胀特性的影响

3.8膜的溶胀对渗透汽化分离性能的影响

第四章结论

参考文献

附录

致谢

研究成果及发表的学术论文