【摘 要】
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有机高分子膜由于具有成本低、成膜性好以及分离性能优异等优点,在有机溶剂脱水领域具有广阔的应用前景。其中,由球形聚电解质络合物(PECs)制备的均质聚电解质络合物膜(HPECMs),由于优良的亲水性和稳定的离子交联结构而备受关注。目前,如何优化HPECMs的结构进而改善其在醇/水分离应用中的渗透汽化性能,是当下亟需解决的问题之一。在此研究背景下,本文致力于制备应用于醇/水体系的性能优异的渗透汽化膜。
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有机高分子膜由于具有成本低、成膜性好以及分离性能优异等优点,在有机溶剂脱水领域具有广阔的应用前景。其中,由球形聚电解质络合物(PECs)制备的均质聚电解质络合物膜(HPECMs),由于优良的亲水性和稳定的离子交联结构而备受关注。目前,如何优化HPECMs的结构进而改善其在醇/水分离应用中的渗透汽化性能,是当下亟需解决的问题之一。在此研究背景下,本文致力于制备应用于醇/水体系的性能优异的渗透汽化膜。基于溶解–扩散机理,通过调控HPECMs的表面性质与膜厚,其渗透汽化性能得到进一步的提高。围绕HPECMs的结构调控及对其渗透汽化性能的研究,本文主要开展了以下三个方面的工作:(1)首先采用“酸保护–碱去保护”方法制备了不同离子络合程度(ICD)的纳米级球形PECs及其分散液,并通过调节分散液的浓度,于聚丙烯腈超滤膜上制得了四种不同厚度的HPECMs。Zeta电位、透射电子显微镜、纳米粒度测试、静态水接触角及其扫描电子显微镜等多种表征手段证明了PECs可调控的电荷密度和纳米级球形形貌,亦证明了不同厚度的HPECMs的高度亲水性和均质致密性,对后续渗透汽化分离应用的开展具有重要意义。(2)所制备的HPECMs应用于异丙醇脱水,探究ICD值、膜厚、操作温度以及水含量对其渗透汽化性能的影响,并考察HPECMs在长期渗透汽化过程中的耐久性及稳定性。研究结果表明,厚度约为1.1μm的HPECM 0.80-3,在70oC下90 wt%的异丙醇/水体系分离中,表现出高的渗透通量(6.12 kg m–2 h–1)和理想的水浓度(99.85 wt%)。当厚度低于1.1μm时,其分离选择性出现严重下降。此外,所制备的HPECMs在长期的渗透汽化分离应用中具有令人满意的耐久性及稳定性。(3)在前面研究结果的基础上,将厚度约为1.1μm的HPECMs应用于乙醇脱水,其实现了对90 wt%的乙醇/水体系的有效分离。在70oC下HPECM 0.80-3的渗透通量为6.24 kg m–2 h–1,水浓度为98.43 wt%,表明所制备的HPECMs具备应用于其他有机溶剂脱水的潜力。
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