共混改性海藻酸钠复合膜用于丙烯脱湿的研究

论文摘要

聚合级丙烯对其水含量有苛刻的要求（<5 ppm）,须采用精制的方法将原料丙烯中的微量水分除去。与传统的丙烯脱湿技术（如分子筛吸附法）相比,气体膜法脱湿技术具有在分离过程中丙烯损失较少、能耗低、环境友好等优点,因此具有更为广阔的应用前景。本研究以膜法脱湿技术脱除丙烯中微量水分为目标,以亲水性的聚阴离子电解质海藻酸钠（NaAlg）为主体膜材料,采用聚乙烯醇（PVA）和明胶（gelatin）与之共混作为活性层,并以聚砜（PS）中空纤维超滤膜作为支撑层,分别制备出NaAlg-PVA/PS和NaAlg-gelatin/PS中空纤维复合膜。采用扫描电镜（SEM）、红外光谱（FTIR）、X-射线衍射（XRD）和差示扫描量热（DSC）等多种表征方法对膜的结构形态和物理化学性质进行了表征,并采用正电子湮没寿命谱仪（PALS）研究了膜内的自由体积特性。本研究制备了NaAlg-PVA/PS中空纤维复合膜用于丙烯脱湿,考察了复合膜活性层共混比例、操作温度、原料气压力和流速对中空纤维复合膜分离性能的影响,并考察了不同共混比例下NaAlg-PVA共混膜的吸附-扩散性能。结果表明,在PVA含量较低时,随PVA含量增加,复合膜的分离因子显著升高。在298 K,原料气压力350 kPa,流速200 L/min,水含量0.13 wt%,吹扫气压力180 kPa,流速60 L/min的操作条件下,NaAlg-PVA （20）/PS复合膜的分离因子达到无穷大,渗透系数达到4657 GPU,综合性能最好。而当PVA含量超过30 wt%时,NaAlg和PVA之间产生明显的相分离,导致复合膜的分离性能下降。考虑到PVA与NaAlg共混虽提高了膜的选择性却以降低膜的渗透性为代价,本研究还采用含有大量羧基和氨基的具有强吸水能力的gelaitn与NaAlg共混作为活性层,制备了NaAlg-gelatin/PS中空纤维复合膜用于丙烯脱湿。结果表明,随gelatin含量增加,复合膜的渗透系数和分离因子同时升高。在298 K,原料气中水含量0.13 wt%,压力350 kPa,流速200 L/min,吹扫气压力180 kPa,流速60 L/min的操作条件下,NaAlg-gelatin （60）/PS复合膜的渗透系数为14744 GPU,分离因子达到无穷大。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 膜法脱湿技术
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 膜法脱湿的基本原理
• 1.1.3 膜法脱湿工艺
• 1.1.4 膜法脱湿的研究现状
• 1.2 气体脱湿膜材料
• 1.3 气体脱湿复合膜
• 1.4 论文的研究背景和主要研究内容
• 第二章 丙烯脱湿实验方法
• 2.1 实验原料与实验设备
• 2.1.1 材料与试剂
• 2.1.2 实验设备
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 膜的表征
• 2.2.2 吸附实验
• 2.2.3 气体分离实验
• 第三章 NaAlg-PVA/PS 中空纤维复合膜脱除丙烯中微量水分
• 3.1 膜的制备
• 3.1.1 聚砜中空纤维超滤膜的预处理
• 3.1.2 纯NaAlg 铸膜液的制备
• 3.1.3 纯PVA 铸膜液的制备
• 3.1.4 NaAlg-PVA 共混溶液的制备
• 3.1.5 NaAlg-PVA/PS 中空纤维复合膜的制备
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 膜的表征
• 3.2.2 NaAlg-PVA 共混膜的吸附-扩散特性
• 3.2.3 NaAlg-PVA/PS 中空纤维复合膜分离性能考察
• 3.3 小结
• 第四章 NaAlg-gelatin/PS 中空纤维复合膜脱除丙烯中微量水分
• 4.1 膜的制备
• 4.1.1 聚砜中空纤维超滤膜的预处理
• 4.1.2 纯NaAlg 铸膜液的制备
• 4.1.3 纯gelatin 铸膜液的制备
• 4.1.4 NaAlg-gelatin 共混溶液的制备
• 4.1.5 NaAlg-gelatin/PS 中空纤维复合膜的制备
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 膜的表征
• 4.2.2 NaAlg-gelatin 共混膜的吸附-扩散特性
• 4.2.3 NaAlg-gelatin/PS 中空纤维复合膜分离性能考察
• 4.3 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢