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改性聚二甲基硅氧烷富氧膜性能的研究

2020-12-01阅读(115)

改性聚二甲基硅氧烷富氧膜性能的研究

论文摘要

随着全球性的节能环保工作的开展,膜法富氧技术正日益得到广泛的重视。乙烯基硅橡胶具有最高的氧透过系数,是富氧膜制备的首选材料。本文以聚砜材料为底膜,用高乙烯基硅橡胶、羟基硅橡胶及它们改性产物,在适当条件下制备复合富氧膜。研究了交联剂的制备条件;成膜条件（原料配比、反应时间、固化温度、催化剂浓度、涂层浓度）和运行条件（运行温度、操作真空度）对富氧膜透气性能和分离性能的影响,并且将SiO2引入复合膜硅橡胶涂层的交联网络结构中,研究了不同SiO2掺入量及膜的操作条件（运行温度、操作真空度等因素）对膜透气性能和分离性能的影响。同时,用本课题研究的富氧膜,应用于异丙苯氧化及膜生物反应器,研究了其应用效果与运行特性。研究结果表明交联剂制备条件为:反应物配比:m（高含氢硅油）:m（D4）=1:2,MM的加入量以0.06g/100g（原料）为佳,反应温度60℃,反应时间3h,催化剂加入量1mL/30mL（原料）。合适的成膜条件为:原料配比: n（-Si-C=C）:n（-Si-H）=1:1、n（-Si-OH）:n（TEOS）=2:1、n（-Si-OH）:n（-Si-H）=1:1;反应时间3h;涂层浓度:m（-Si-C=C/-Si-H膜）=3%、m（-Si-OH/TEOS膜）=5%、m（-Si-OH/-Si-H膜）=3.5% ;催化剂浓度:m（-Si-C=C/-Si-H膜）=3%、m（-Si-OH/TEOS膜）=2%、m（-Si-OH/-Si-H膜）=2.5%;固化温度:80℃;操作真空度0.075MPa;操作温度:25℃。纳米二氧化硅掺杂于乙烯基硅橡胶材料中制备共混富氧膜的实验结果表明:当SiO2用量达到40%时富氧气浓度比乙烯基硅橡胶膜提高3.5%,富氧气通量提高11.1%。而且富氧膜的操作特性并不因SiO2的加入而发生改变。通过对上述四种类型硅橡胶复合涂层性能对比结果表明,（-Si-C=C）/（-Si-H）型涂膜制备稳定,富氧气O2浓度达到28%以上;（-Si-OH）/（TEOS）型富氧膜富氧性能、透过性能优于（-Si-C=C）/（-Si-H）型,但是溶液稳定性较差,制膜条件苛刻;SiO2掺杂型富氧膜的富氧性能最好,富氧气O2体积分率达到29.5%以上。将制得的富氧膜应用于异丙苯氧化制备CHP,以富氧气为氧化剂时,CHP收率比空气提高近一倍;用于膜生物反应器时,富氧气对COD的去除率比空气提高约30%;表现出良好的使用性能。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 富氧膜概况
  • 1.1.1 富氧膜基础
  • 1.1.2 富氧膜富氧机制
  • 1.1.3 富氧膜的使用规律
  • 1.1.4 富氧膜的应用
  • 1.1.5 富氧膜历史回顾与国内外发展现状
  • 1.1.6 富氧膜的发展方向
  • 1.2 硅橡胶富氧膜的研究进展
  • 1.2.1 乙烯基硅橡胶的主链改性
  • 1.2.2 乙烯基硅橡胶的侧链改性
  • 1.2.3 乙烯基硅橡胶与其它材料的共混或掺杂
  • 1.3 课题研究的依据与意义
  • 第二章 交联剂的制备
  • 2.1 引言
  • 2.2 试验原料及方法
  • 2.2.1 试验所用药品及仪器
  • 2.2.2 分析方法
  • 2.2.3 制备方法
  • 2.3 结果与讨论
  • 2.3.1 反应物配比的影响
  • 2.3.2 反应温度与反应时间的影响
  • 2.3.3 催化剂加入量的影响
  • 2.4 本章小结
  • 第三章 改性硅橡胶复合膜的制备及富氧性能研究
  • 3.1 引言
  • 3.2 实验原理
  • 3.2.1 气体分离膜的分离原理：溶解-扩散模型
  • 3.2.2 乙烯基硅橡胶（-Si-C=C）/-Si-H 涂层的固化机理
  • 3.2.3 羟基硅橡胶（-Si-OH）/正硅酸四乙酯（TEOS）涂层的固化机理
  • 3.2.4 羟基硅橡胶（-Si-OH）/-Si-H 涂层的固化机理
  • 3.3 试验原料及方法
  • 3.3.1 试验所用仪器
  • 3.3.2 试验中复合膜的制备
  • 3.3.3 富氧性能测试
  • 3.4 结果与讨论
  • 3.4.1 涂层结构的表征
  • 3.4.2 原料配比对富氧膜富氧性能的影响
  • 3.4.3 反应时间对富氧膜富氧性能的影响
  • 3.4.4 涂层浓度对富氧膜富氧性能的影响
  • 3.4.5 催化剂浓度对富氧膜富氧性能的影响
  • 3.4.6 固化温度对富氧膜富氧性能的影响
  • 3.4.7 运行特性对富氧膜富氧性能的影响
  • 3.5 结论
  • 第四章 硅橡胶掺杂二氧化硅共混膜的制备及富氧性能
  • 4.1 引言
  • 4.2 试验原料及方法
  • 4.2.1 试验所用药品及仪器
  • 4.2.2 制备方法
  • 4.2.3 测试方法
  • 4.3 结果与讨论
  • 4.3.1 共混膜涂层的表征
  • 2/乙烯基硅橡胶共混比对膜富氧性能的影响'>4.3.2 SiO2/乙烯基硅橡胶共混比对膜富氧性能的影响
  • 4.3.3 共混富氧膜的运行特性
  • 4.4 结论
  • 第五章 富氧膜应用性能与运行特性
  • 5.1 引言
  • 5.2 膜法富氧技术在异丙苯氧化反应中的应用
  • 5.2.1 试验所用试剂及仪器
  • 5.2.2 分析方法
  • 5.2.3 异丙苯氧化反应
  • 5.3 膜法富氧技术在生物反应器中的应用
  • 5.3.1 试验装置及试验方法
  • 5.3.2 富氧曝气对COD 去除效率的影响
  • 5.3.3 富氧曝气对不同进水COD 浓度的降解作用
  • 5.4 结论
  • 第六章 结论
  • 致谢
  • 参考文献
  • 在学期间发表的论文和取得的学术成果清单

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