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渗透汽化是一种非常有应用前景的膜分离技术,特别适用于液体混合物的分离,如有机溶剂脱水、低浓度有机物回收以及有机混合物分离等。在众多的膜构型中,中空纤维膜因其制备简单、成本低廉并具有高的比表面积等优点,近年来成为了研究热点之一。本文以陶瓷中空纤维为支撑体,制备了PDMS复合膜,用于从水中分离醇类物质,考察了复合膜的制备条件以及操作条件对膜渗透汽化性能的影响。 论文首先以陶瓷中空纤维为支撑体,在其外表面制备PDMS膜层,考察了涂膜溶液以及支撑体对复合膜性能影响。涂膜溶液中聚合物浓度显著地影响PDMS膜层厚度和完整性,当PDMS膜厚度达到临界值(10μm)后,其分离性能接近材料本征性能。支撑体的孔结构对复合膜渗透气化性能有很大影响,具有较薄的海绵状孔的支撑体有利于提高通量,而大孔支撑体导致的孔渗会降低通量。用于1wt.%、40℃丁醇-水体系,制备的PDMS复合膜通量达到1282g·m-2·h-1,同时分离因子为42.9。与文献相比有着优异的性能,同时在长期连续操作中显示出良好的稳定性。 考虑到工业化应用的问题,我们开发了一种浸渍-吹扫的方法在中空纤维膜支撑体的内表面制备的均匀无缺陷的PDMS分离层。研究了涂膜溶液PDMS浓度、涂膜时间对复合膜性能的影响,发现完整的PDMS层可以在较短的涂膜时间(10s)内得到,同时复合膜的分离因子随涂膜液中PDMS浓度的提高而增加,当PDMS浓度超过10wt.%,复合膜达到PDMS材料的本征选择性。制备的涂覆在中空纤维支撑体内表面的PDMS复合膜具有构型上的优势,有望用于丁醇-水体系的分离。 为了进一步提高膜的强度以及装填密度,我们将开发的浸渍-吹扫的方法用于制备多通道中空纤维PDMS复合膜。研究了乙醇-水和丁醇-水体系中,进料浓度、温度以及流速对复合膜性能的影响,发现对于乙醇-水和丁醇-水体系,随着进料浓度的提高,复合膜的通量提高而分离因子略有下降;对丁醇-水体系,进料流速的提高能够促进复合膜的分离性能,而对复合膜乙醇-水体系的渗透汽化性能影响不明显;对于乙醇-水和丁醇-水体系,操作温度的升高会促进膜的渗透通量,同时少量地降低分离因子;与单通道中空纤维相比,多通道膜的机械强度大概是其4倍,具有高的应用前景。