【摘 要】
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乙醇是一种化学品,广泛应用于医疗、化工和燃料等领域。在应用中,对乙醇的含水量有严格的要求（≥99.37 wt%）。目前,主要采用精馏技术对乙醇溶液浓缩提纯,然而精馏对于乙醇浓度超过85 wt%的乙醇溶液分离效果不好。尤其在乙醇浓度为95.6 wt%时,乙醇和水会形成共沸物,通过普通精馏难以分离。因此,探索兼具低能耗和环境友好的分离工艺十分重要。渗透汽化与传统分离工艺（精馏）相比,具有占地面积小,工
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乙醇是一种化学品,广泛应用于医疗、化工和燃料等领域。在应用中,对乙醇的含水量有严格的要求（≥99.37 wt%）。目前,主要采用精馏技术对乙醇溶液浓缩提纯,然而精馏对于乙醇浓度超过85 wt%的乙醇溶液分离效果不好。尤其在乙醇浓度为95.6 wt%时,乙醇和水会形成共沸物,通过普通精馏难以分离。因此,探索兼具低能耗和环境友好的分离工艺十分重要。渗透汽化与传统分离工艺（精馏）相比,具有占地面积小,工艺简单,能耗低等优点,并且适合用于分离共沸混合物。本论文制备了金属有机骨架CAU-10膜,CAU-10与壳聚糖的复合膜（CS@CAU-10膜）以及CAU-10晶体与壳聚糖的共混膜（CAU-10/CS膜）,通过进行X射线衍射和扫描电镜对合成的晶体及其膜材料进行表征。将所制备的膜材料作为分离膜,通过渗透汽化膜分离技术进行乙醇溶液脱水。具体内容如下:（1）分别通过原位生长法和二次生长法在氧化铝载体上制备了CAU-10膜。原位生长法制备CAU-10膜时,当成膜液浓度为0.06 mol/L时,CAU-10膜连续致密。成膜液浓度过高或过低都无法得到连续膜层。采用原位播种法获得晶种层,再经二次生长制备CAU-10膜。晶种层制备液中加入盐酸可使载体氧化铝中的铝元素溶出,得到对载体覆盖度较高的晶种层,而不加盐酸无法得到晶种层。晶种层在较低浓度的二次生长液（0.03 mol/L）中和较高浓度的二次生长液（0.06 mol/L）中均可以生长成致密膜层。单组份（N2）渗透实验证明在做制备的膜中,在较高浓度的二次生长液中得到的膜层,致密度最高。（2）纯CAU-10膜机械强度较差,在进行渗透汽化膜分离操作时会因密封而破裂,失去分离性能,在其表面上涂覆一层壳聚糖制备成CS@CAU-10复合膜,壳聚糖可以改善膜的机械强度。将制得的复合膜用于分离乙醇溶液。由浓度为3 wt%的壳聚糖醋酸水溶液制备的膜层分离效果最好。在渗透汽化过程中,升高操作温度（30℃～70℃）,总通量增大,分离因子降低;在30℃,乙醇溶液水含量从5 wt%到20 wt%,渗透通量由91 g/（m~2·h）增加至450 g/（m~2·h）,分离因子从497降低至92。（3）合成了粒径范围在1μm―4μm和0.8μm―1μm的CAU-10晶体,将两种尺寸的晶体分别添加到壳聚糖中获得CAU-10/CS混合基质膜,其中小粒径CAU-10晶体制备的CAU-10/CS膜对乙醇水溶液的脱水效果更好。将小粒径CAU-10晶体添加到壳聚糖中获得具有不同添加剂含量的CAU-10/CS膜。在较低CAU-10添加量（0wt%―3.7 wt%）的情况下,CAU-10晶体分散性较好,膜结构较均匀致密且无明显缺陷。在较高CAU-10添加量（5 wt%、7.5 wt%）的情况下,CAU-10晶体团聚。增加CAU-10添加量,混合基质膜的渗透通量也跟着增加,分离因子则先增加后减小。当小粒径CAU-10晶体的添加量为3.7 wt%时,混合基质膜对乙醇溶液的分离效果最好。使用该混合基质膜分离乙醇溶液,升高操作温度（30℃―70℃）,总通量增大,分离因子降低。在30℃,当乙醇溶液水含量从5 wt%到20 wt%时,渗透通量从81 g/（m~2·h）增加至401g/（m~2·h）,分离因子从3343下降至961。
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