聚醚共聚乙酰胺复合膜的制备及渗透汽化性能研究

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渗透汽化作为一种新型膜分离技术,具有操作简单、无污染、能耗低、无外加分离剂、尤其是不受汽液平衡限制和一次分离效率高等特点,是分离液体混合物的有效方法。醋酸正丁酯是一种重要的基本有机化工原料,常作为溶剂、萃取剂、脱水剂广泛应用于涂料、染织、制药以及香料等行业中,应用前景十分广阔。   本研究以渗透汽化法分离水中微量醋酸正丁酯为主要目的,在此基础上选用聚醚共聚乙酰胺(PEBA)作为分离膜材料,聚砜(PSF)及聚偏氟乙烯(PVDF)作为基膜材料,采用相转化法制备出了PEBA均质膜和PEBA/PSF、PEBA/PVDF复合膜。利用SEM、FTIR、DSC及电子拉伸试验对均质膜及复合膜的结构和性能进行了分析与表征。SEM结果显示,PEBA均质膜为无孔致密膜,PEBA复合膜由活性层与支撑层结合而成,支撑层具有多孔结构,两层之间结合较为紧密;FTIR结果,PEBA复合膜上下两层为物理结合,两层之间未发生化学变化;DSC及电子拉伸试验结果表明PEBA膜具有良好的力学性能及热稳定性。综合比较得出,复合膜的性能要优子均质膜。   本论文还对复合膜在醋酸正丁酯稀水溶液中的溶胀性能进行了研究,并与均质膜进行了比较。PEBA复合膜的溶胀度均随着浸泡液浓度、温度和时间的增加而增大,复合膜的溶胀度要大于同等条件下均质膜的溶胀度,且DSPEBA/PSF>DSPEBA/PVDF。   对浓度为0.1~0.6 wt%的醋酸正丁酯水溶液进行了渗透汽化分离,讨论了料液浓度及温度对复合膜分离性能的影响,并与PEBA均质膜进行比较。随着料液浓度的增大,复合膜的渗透通量、分离因子、渗透物浓度、渗透汽化分离指数等膜性能评价指标均随之增大;复合膜的渗透通量随着料液温度的升高而增大,且通量与温度的关系满足Arrhenius方程;分离因子、渗透物浓度随着料液温度的升高而减小;渗透汽化分离指数则随着料液温度的升高先增大,在60℃后略减小;复合膜的分离性能优于均质膜,且两种复合膜中PEBA/PSF膜的分离性能更好。   依据Flory-Huggins热力学理论及Fujita自由体积理论建立了醋酸正丁酯-PEBA及水-PEBA二元体系的扩散模型;分别计算了醋酸正丁酯和水在PEBA膜中的扩散系数,为深入研究渗透汽化过程的传质机理打下基础。结果显示:醋酸正丁酯及水在PEBA膜中的扩散系数均随着温度的升高而增大;水在PEBA膜中的扩散系数要大于醋酸正丁酯。
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