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乙二醇是一种重要的化工原料,被广泛作为一种难挥发型防冻剂和冷却介质使用,也常用于多聚物的合成过程,在许多领域扮演重要的角色且需求量也在逐年增大。目前,乙二醇的工业生产方式主要有两种:一是乙烯直接氧化为环氧乙烷,然后环氧乙烷水解得到乙二醇;二是通过合成气直接制备乙二醇。这两种方法会分别产生副产物水和甲醇。因此,从乙二醇溶液中分离水或者甲醇得到以获得高纯度乙二醇产品就变得十分必要。渗透汽化膜过程作为一种低能耗、分离效率高、过程简单的新型膜分离技术,为乙二醇纯化提供了新的方法。渗透汽化膜过程中最关键的是高性能膜材料。 本文致力于开发高效乙二醇纯化的膜材料,合成了自具微孔高分子(PIM-1),并用于渗透汽化脱除乙二醇中的水和甲醇。利用核磁共振(HNMR)、X-射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、热重分析(TGA)、水接触角仪等仪器对膜的物化性质和微观结构进行了表征,分析了上述表征结果与分离性能之间的内在关系。其主要研究内容和实验结果如下: 1)根据双亲核取代反应合成了自具微孔高分子PIM-1并对其结构进行了表征,使用相转化法制备了PIM-1致密膜并探究了对分离甲醇/乙二醇和水/乙二醇的渗透汽化性能。实验结果表明:合成的PIM-1纯度较高,平均分子质量和分散度分别是64.7 kDa和1.87;所制备膜机械性能和热稳定性较好;PIM-1高分子链间距大、链堆积疏松、具有自具微孔特性;甲醇和水分子的分子动力学直径小于乙二醇,渗透汽化过程中扩散起主要作用;在水/乙二醇的分离过程中,增料液侧水的浓度有利于增大水通量、提高水的选择性,提高料液温度也同样可提高总通量和水的选择性;在甲醇/乙二醇的分离过程中,增加料液侧甲醇的浓度同样有利于提高通量和选择性,料液温度的提高导致通量增大、分离因子降低。 2)通过腈基的羧基化反应制备了具有不同羧基化程度的羧基化PIM-1(CPIM-1)膜,主要考察了羧基化程度以及膜亲水性对渗透汽化分离水/乙二醇的影响规律。随着羧基化反应时间的延长,CPIM-1的羧基化程度一直增大,当反应时间为5h时,羧基化程度可达94%;随着CPIM-1羧基化程度的增加,膜的亲水性也有较大的提高,水/乙二醇的通量和分离因子均得到提高;当料液中水浓度从5%变化至25%时,总通量和水通量增大而乙二醇通量几乎不变,而水在膜上的吸附慢慢达到饱和状态,导致选择性下降。 本文合成的PIM-1纯度高,所制备PIM-1致密膜热稳定性和机械性能好,在渗透汽化纯化乙二醇过程中具有较高的渗透通量和适中的选择性,具有较高的科研价值和良好的工业应用前景。