动态LBL法制备聚离子渗透汽化膜过程的研究

论文摘要

采用动态LBL（动态层-层吸附）成膜方法,以聚丙烯酸为聚阴离子,聚乙烯亚胺为聚阳离子,一定压力下,在超滤膜上制备聚离子复合膜。用所制得复合膜作为渗透汽化膜分离乙醇/水体系,并评价膜的性能。通过实验,确定了动态LBL成膜的适宜条件。基膜选用聚醚砜超滤膜,聚丙烯酸浓度为0.05wt%,聚丙烯酸与聚乙烯亚胺浓度配比为1/5-1/10,复合四层,PAA分子量4 000 000,首层过滤时间10min,过滤反应时间20min。在此条件下,所制得渗透汽化膜的分离因子和渗透通量可达1207和140 g/（m2·h） （40℃）。与静态层-层静电吸附成膜法相比,大大缩短了制膜时间,简化了成膜程序。通过改变进料液温度和乙醇浓度的实验,表明该复合膜的分离性能符合一般渗透汽化膜的分离规律,并确定了最佳操作温度为40℃。通过红外光谱、扫描电镜等分析方法,分析了聚离子复合过程机理,并对所制得复合膜的表面结构和截面结构进行表征。聚离子复合膜的表面致密无孔,截面层次清晰,基膜和复合膜结合紧密。对实验的渗透汽化过程建立连续操作错流模型,通过该模型对渗透汽化过程分离乙醇/水体系进行了数学模拟,模拟计算值与实验值基本吻合。经过理论渗透物水含量与实验值的比较,对操作条件的进一步优化提供了理论依据。利用实验数据分别对乙醇和水的渗透通量进行回归得到乙醇和水浓度的三次方程,可以根据该方程对渗透通量进行预测。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪 论
• 1.1 渗透汽化过程
• 1.1.1 渗透汽化分离原理
• 1.1.2 渗透汽化过程特点
• 1.1.3 渗透汽化膜性能评价指标
• 1.1.4 渗透汽化的传递机理
• 1.1.5 国内外渗透汽化研究及应用进展
• 1.2 聚离子复合膜的研究进展
• 1.3 动态成膜研究进展
• 1.3.1 动态成膜的特点
• 1.3.2 动态膜的分类
• 1.3.3 动态膜的载体材料及制膜材料
• 1.3.4 动态预涂膜的成膜过程及其分离性能
• 1.3.5 原液形成膜的动态成膜过程及其分离性能
• 1.3.6 动态法制备聚离子复合膜
• 1.4 课题研究的目的和意义
• 1.5 本课题主要研究内容
• 1.6 课题来源
• 第2章 实验部分
• 2.1 实验材料与设备
• 2.1.1 实验材料与试剂
• 2.1.2 实验设备
• 2.2 复合膜制备方法
• 2.2.1 动态 LBL 制备渗透汽化平板膜方法
• 2.2.2 静态 LBL 吸附成膜方法
• 2.3 渗透汽化膜评价装置及方法
• 2.4 膜的渗透汽化性能分析及计算方法
• 2.4.1 料液及透过液的分析
• 2.4.2 膜的渗透汽化性能计算方法
• 2.5 基膜及复合膜表征
• 2.5.1 基膜对聚离子溶液截留情况测试
• 2.5.2 场发射扫描电镜测试
• 2.5.3 红外光谱测试
• 第3章 动态成膜实验讨论
• 3.1 动态成膜与静态成膜的性能对比
• 3.2 基膜的选择
• 3.2.1 不同基膜所制得复合膜性能
• 3.2.2 PES 基膜对聚离子溶液的截留性能
• 3.3 聚离子浓度的影响
• 3.3.1 PAA 浓度的确定
• 3.3.2 阴阳离子浓度配比的确定
• 3.4 首层过滤时间的影响
• 3.5 过滤反应时间的影响
• 3.6 复合层数的影响
• 3.7 溶液PH 值的影响
• 3.8 PAA 分子量及盐的加入对复合膜性能的影响
• 3.9 进料液温度对复合膜渗透汽化性能的影响
• 3.10 原料液浓度对复合膜渗透汽化性能的影响
• 3.11 进料液循环流量对膜分离性能的影响
• 3.12 复合膜分离性能的重现性
• 3.13 运行时间对复合膜性能影响
• 3.14 聚离子反应机理及复合过程红外分析
• 3.14.1 成膜机理
• 3.14.2 聚离子复合过程红外光谱分析
• 3.15 复合膜表面和截面结构观察分析
• 3.16 本章小结
• 第4章 渗透汽化过程错流模型及模拟计算
• 4.1 数学模型的建立
• 4.2 渗透汽化实验部分
• 4.3 模拟计算
• q_c2 )的计算'>4.3.1 渗透物水含量(y_qc2)的计算
• 4.3.2 渗透通量回归方程
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 5.3 创新点
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢