论文部分内容阅读
渗透蒸发是一种选择性高和节能的分离技术，特别适用于共沸物或沸点相近的液体混合物的分离。本论文针对目前大量应用的亲水性聚合物分离膜稳定性差，渗透通量小的弊端，研制了一种新型的有机-无机复合膜。这种复合膜是在多孔陶瓷膜表面接枝亲水性聚合物制备而成。它不仅具有无机膜机械强度大、热稳定性好及化学稳定性高的特点，而且还兼有聚合物膜选择性高的特点，是一种很有发展前途的亲水性渗透蒸发分离膜。
复合膜是以无机陶瓷膜为基板，通过表面化学气相沉积在陶瓷表面引入活性硅羟基，然后再通过硅烷化预处理引入活性双键，最后经自由基接枝共聚制备出聚合物/陶瓷复合膜。论文系统研究了制备过程中不同的反应条件对膜性质的影响，并用多种分析方法对膜的表面性质和形貌进行表征。最后，还研究了膜对有机／水溶液的渗透蒸发分离性能。其主要内容和结果如下：
一，研究了气相沉积、偶联反应和接枝反应的机理和反应条件。系统研究了气相沉积中正硅酸乙酯(TEOS)的用量、沉积温度、煅烧温度及煅烧时间对基膜的影响，以及在偶联处理时表面吸附水和接枝聚合时单体浓度对膜的渗透性能的影响。发现适合本论文所用的多孔陶瓷膜在175℃，TEOS用量为5mL的条件下进行气相沉积，并在550℃煅烧3.5h，然后在丙烯酸单体浓度为7.5％(Wt)的溶液中进行接枝聚合制成的复合膜具有较优良的渗透蒸发性能。
二，用红外光谱(FTIR)、X射线能谱仪(EDS)、接触角和扫描电镜(SEM)等对复合膜表面的化学组成，亲水性能和表面形貌进行了表征和观察，证明经接枝改性后得到的有机无机复合膜表面形成了聚丙烯酸接枝层，是一种亲水性的无机一有机膜。通过研究复合膜表面和断面的SEM照片，表明聚合物在复合膜中主要以孔内接枝为主。
三，通过对接枝膜的交联，进一步改善膜的分离性能，系统研究了交联剂用量、交联温度及交联时间对复合膜渗透蒸发性能的影响。发现交联剂的用量影响膜的分离性能，一般交联剂用量较小时，膜的渗透通量较高但选择性较差：用量较大时，通量和选择性均会下降，只有当交联剂浓度适宜时，才能得到选择性较高的膜。
四，研究了上述膜用于有机溶剂分离的性能以及操作条件，如溶液组成和温度等对分离性能的影响。结果表明这种陶瓷．聚丙烯酸复合膜用于有机水溶液的脱水有很高的渗透通量和选择性，如在25℃对95Wt％乙醇水溶液进行处理时，渗透液中水含量可达99％以上，渗透通量高达1.36kg/m<2>h，具有良好的应用价值。
五，研究了在陶瓷膜上接枝甲基丙烯酸甘油酯(GMA)，然后在不同条件下使环氧基开环转化为亲水基的反应。制成的亲水性复合膜在醇水渗透蒸发分离，尤其是甲醇水溶液分离时性能尤为突出，在25℃分离95Wt％甲醇水溶液时，渗透液的水含量可达98％以上，渗透通量为322g/m<2>h。