论文部分内容阅读
渗透汽化作为一种新型的膜分离技术,在有机溶剂脱水方面具有广泛的应用前景。聚乙烯醇(PVA)是一种亲水性高分子材料,价格低廉,原料易得且具有优越的水渗透性能,在制备渗透汽化膜方面已被广泛使用。然而,由于PVA遇水容易发生溶胀,必须对PVA进行改性才能获得理想的分离性能。交联是一种有效的改性方法,通常利用PVA中的羟基进行交联反应,然而,该交联法将PVA中大量的羟基转化成了酯基或醚基,使得膜亲水性下降,膜对水的选择性和渗透性的提高受到限制。本文利用PVA链上的活泼氢进行非羟基交联方法的研究,在保留羟基的同时进行交联反应,既克服膜的过度溶胀,又保证了膜的亲水性。主要研究内容和结论如下:(1)首先,从硝酸铈铵、过硫酸铵、偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰以及紫外光引发剂中筛选出过硫酸铵作为引发剂,其对膜过度溶胀的抑制性能有明显改善,膜溶胀度可以从310%下降到20%;并优选出N’N-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂,进一步降低膜在水溶液中的平衡溶胀度。(2)其次,以过硫酸铵(APS)为引发剂,制备了不同引发剂浓度的PVA/APS交联膜。利用SEM、XRD对膜结构进行了表征,并研究了膜的溶胀性能、热性能及凝胶分数,考察了膜厚、底膜、操作温度及下游侧真空度对膜性能的影响。研究证实:PVA在过硫酸铵引发下发生了交联反应,随着过硫酸铵含量的增加,膜的交联度增大,热稳定性增强,结晶度下降,膜的平衡溶胀度也逐渐降低。当过硫酸铵在铸膜液中含量为1.5wt%时,交联膜具有最高的渗透通量,达到319.8g/m2·h,分离因子为3781.8。在考察各种因素对膜性能影响时发现:随着膜厚度的增加,膜的渗透通量降低,而分离因子变大;PAN底膜进行水解处理,随着水解时间的延长,膜的通量会增加,而分离因子略有下降,最佳的水解时间是1.5h;随着操作温度的升高,膜的渗透通量变大,而分离因子下降;下游侧压力越小,膜的通量越大,而分离因子略有降低。(3)最后,在铸膜液中添加交联剂N’N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA),制备PVA/APS-MBA交联膜。对交联膜结构进行红外表征,同时测定了其在纯水及95wt%乙醇水体系中的溶胀性能及交联膜的凝胶分数。研究证实交联剂的存在有利于交联反应的发生,随着交联剂含量的增加,膜的凝胶分数增加,同时膜的平衡溶胀度逐渐下降;制备的PVA/APS-MBA交联膜对于95wt%的乙醇水体系、异丙醇水体系及正丁醇水体系都有很好的分离效果;考察膜的稳定性时发现,PVA/APS-MBA交联膜连续运行48h,膜透过侧含水量仍大于99wt%,而渗透通量只是略有下降。通过上述研究建立了利用碳链上的活泼氢进行交联的新PVA膜制备方法,该膜具有良好的耐水溶胀性,同时保持了高的亲水性和高通量。