PDMS/PAN中空纤维复合膜用于甲醇/水的分离

论文摘要

膜接触器作为一种新型膜分离过程,以其投资少、能耗低、操作简单和无污染等优点,具有突出的优势和应用前景。本研究研制了以聚丙烯腈（PAN）为基膜、聚二甲基硅氧烷（PDMS）为表面活性层的复合膜。讨论了PDMS浓度、交联剂以及催化剂用量、浸渍时间等对硅橡胶复合膜透气率的影响,确定了复合膜的适宜制膜条件范围和操作条件。用FT-IR和SEM等方法对PAN中空纤维基膜及所制备的复合膜的结构形貌进行了分析。结果表明,活性层是由聚二甲基硅氧烷的交联反应生成的;活性层表面平整光滑,为均匀致密结构;交联剂和催化剂的用量都会影响复合膜选择层的致密程度,进而影响复合膜的分离性能。复合膜包括活性层和支撑层两部分,虽然活性层与基膜相互之间没有化学作用,但是其结合仍十分紧密。为验证PDMS/PAN中空纤维复合膜的分离性能,采用该复合膜制备了新型膜接触器,并用于甲醇/水体系的精馏分离研究。考察了甲醇/水体系在PDMS/PAN复合膜接触器和单一PAN膜接触器中的分离效果,详细比较了两种不同膜接触器在膜形态、塔顶流出液浓度以及分离过程中的传质单元高度（HTU）值等方面的异同。结果表明,在一定的空间结构下,PDMS/PAN复合膜接触器的分离性能优于PAN膜接触器。PDMS/PAN复合膜膜结构填料得到的塔顶溜出液浓度均高于PAN膜,所需的HTU值也更低,PDMS/PAN膜分离甲醇所需的HTU值范围为7.0cm-10.1 cm,而PAN膜则在12.6cm-25.1 cm之间。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 膜与膜技术概述
• 1.2.1 膜的定义及分类
• 1.2.2 膜分离技术
• 1.2.3 膜接触器过程的特点
• 1.2.4 气/液膜接触分离过程
• 1.3 膜接触器用膜材料
• 1.3.1 膜材料的选择依据
• 1.3.2 常用的疏水膜材料
• 1.3.3 PDMS的结构及特点
• 1.4 膜接触器用膜的制备方法
• 1.4.1 熔融拉伸法
• 1.4.2 相转化法
• 1.5 膜接触器用膜的改进方法
• 1.5.1 膜材料表面改性方法
• 1.5.2 共混改性法
• 1.6 复合膜的制备工艺
• 1.6.1 聚合物涂敷
• 1.6.2 界面缩合和界面缩聚
• 1.6.3 单体催化聚合
• 1.6.4 等离子体聚合
• 1.6.5 动态成膜
• 1.7 课题的意义及研究内容
• 1.7.1 课题的意义
• 1.7.2 主要研究内容
• 1.7.3 课题创新点
• 第二章 实验仪器和试验方法
• 2.1 实验试剂和仪器
• 2.1.1 试剂
• 2.1.2 仪器
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 复合膜的制备
• 2.2.2 复合膜在膜组件中的固定
• 2.3 中空纤维膜分离性能评价
• 2.3.1 实验装置及步骤
• 2.3.2 测试分析方法
• 2.4 分析及表征方法
• 2.4.1 透气率（J）的测定方法
• 2.4.2 中空纤维膜内表面接触角的测定
• 2.4.3 FT-IR分析
• 2.4.4 SEM法测定膜的断面和表面结构
• 2.4.5 溶胀实验
• 第三章 膜材料的选择和制膜条件的优化
• 3.1 膜材料的选择
• 3.1.1 复合膜涂层材料的选择
• 3.1.2 支撑膜材料的选择
• 3.2 制膜条件的影响及其优化
• 3.2.1 PDMS浓度对复合膜性能的影响
• 3.2.2 催化剂浓度对复合膜性能的影响
• 3.2.3 交联剂用量对复合膜性能的影响
• 3.2.4 浸渍时间对复合膜性能的影响
• 3.4 膜配方研制和适宜制膜条件范围
• 3.5 中空纤维复合膜的表征
• 3.5.1 红外光谱分析
• 3.5.2 扫描电镜分析
• 3.5.3 溶胀实验分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 膜结构填料精馏分离甲醇/水体系的研究
• 4.1 精馏数学模型
• 4.2 中空纤维膜接触器对甲醇/水的精馏分离
• 4.2.1 塔顶溜出液浓度随加热功率的变化关系
• 4.2.2 膜接触器操作弹性
• 4.2.3 结构填料和常规填料HTU比较
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 发表的论文