纳米级球形聚电解质络合物均质膜的结构调控及其渗透汽化性能研究

来源 :天津大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qvwen2005
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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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