有机物优先透过渗透汽化膜的制备与应用

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yzxiaow
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由于化石能源短缺,生物能源尤其是燃料乙醇发展需求日益旺盛。有机物优先透过渗透汽化技术由于具有低能耗,可原位分离发酵液中的乙醇等优点成为研究的热点。本文针对目前有机物优先透过渗透汽化膜对乙醇分离因子普遍不高的问题,采用改性疏水沸石填充聚二甲氧基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)的方法,制备了有机物优先透过渗透汽化杂化膜和复合膜,运用响应曲面法对复合膜操作条件进行了优化,并初步研究了自制杂化膜在有机废水分离中的应用。主要研究内容及结果如下:   (1)制备了对乙醇-水体系分离因子较高的杂化膜。采用硅烷偶联剂,乙烯基三甲氧基硅烷,对疏水沸石进行改性,将偶联剂基团反应到沸石表面,改善了沸石在PDMS中的分散,提高了沸石的填充量,从而增加了沸石填充PDMS膜对乙醇-水溶液的分离效果,渗透汽化实验表明,改性沸石制备的杂化膜比未改性沸石制备的杂化膜对质量分数为5%的乙醇-水体系中乙醇分离因子可由16.0提高到29.5,增加了84%。   (2)以聚丙烯腈超滤膜为底膜,杂化膜制备配方为基础配方,制备了有机物优先透过渗透汽化复合膜。渗透汽化实验表明催化剂用量和膜厚对改性沸石填充PDMS复合膜的分离性能有较大影响。随着催化剂用量增加,膜的分离因子先增加后减小,渗透通量先减小后增加。随着分离层厚度减小,膜的分离因子减小,渗透通量增大。利用响应曲面法研究了操作温度和循环流速对膜的分离性能的影响,结果表明温度的影响最显著,循环流速的影响次之。得到最优操作条件:温度为59.8℃,循环流速为30.0 L/h,此时通量(J)和分离因子(α)均能取得较高值J=242.8g/(m2·h),α=20.6。   (3)以苯酚-水体系和乙酸乙酯-水体系为分离对象,考察了原料液浓度和渗透汽化温度对自制渗透汽化杂化膜分离性能的影响。由于溶解度参数不同,杂化膜对乙酸乙酯的选择透过性大于苯酚。随着原料液浓度增加,膜对苯酚分离因子降低,通量增加,膜对乙酸乙酯-水体系中乙酸乙酯的分离因子增加,通量增加;随着渗透汽化操作温度升高,膜对苯酚的分离因子降低,通量增加,膜对乙酸乙酯的分离因子增加,总通量增加。
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