滲透汽化膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化的探索性研究.pdf

1、優(yōu)異的分離性能和良好的穩(wěn)定性是滲透汽化膜工業(yè)化的前提。根據(jù)溶解-擴(kuò)散模型，分離膜表面和本體的結(jié)構(gòu)性質(zhì)對(duì)分離選擇性及滲透通量有著重要的影響。同時(shí)，高分子材料表面是動(dòng)態(tài)表面，具有時(shí)間和環(huán)境依賴性，表面結(jié)構(gòu)會(huì)隨環(huán)境的變化而變化。因此，在進(jìn)行表面設(shè)計(jì)和調(diào)控過(guò)程中，必須考慮表面重構(gòu)這一重要因素。深入研究影響滲透汽化膜表面重構(gòu)的因素以及重構(gòu)規(guī)律，對(duì)于優(yōu)化和控制在分離環(huán)境下膜表面的結(jié)構(gòu)，提高分離效率具有重要意義。 1.本論文選用具有工業(yè)化應(yīng)用

2、前景的聚乙烯醇(PVA)作為膜分離材料，研究待分離液(甲醇/水、乙醇/水和異丙醇/水混合液)性質(zhì)對(duì)PVA膜空氣面和玻璃面分離過(guò)程時(shí)間依賴性的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在分離任一種醇/水混合液時(shí)，PVA膜空氣面的分離選擇性隨著分離時(shí)間逐漸達(dá)到平衡，且平衡時(shí)膜空氣面分離選擇性都要低于玻璃面。同時(shí)發(fā)現(xiàn)PVA膜空氣面和玻璃面分離選擇性的差別隨著分離液極性的增加而減小。研究結(jié)果認(rèn)為PVA膜空氣面分離性能的時(shí)間依賴性主要是由于表面重構(gòu)引起。本文選用較高極性的

3、80％甲醇/水溶液先對(duì)PVA膜空氣面進(jìn)行處理，然后用于分離乙醇/水和異丙醇/水混合液。結(jié)果發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)后PVA膜空氣面的分離選擇性明顯提高，與玻璃面接近。以上研究結(jié)果表明可以利用表面重構(gòu)對(duì)膜表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化提高其分離性能。 2.課題組在關(guān)于膜表面化學(xué)基團(tuán)與分離性能關(guān)系研究中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，聚苯乙烯和殼聚糖膜表面羧基化可以提高膜對(duì)水的分離選擇性。本文想對(duì)這一結(jié)果的普適性進(jìn)行研究。利用馬來(lái)酸酐對(duì)PVA膜表面進(jìn)行羧基化改性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)同樣可以明顯

4、改善PVA膜的分離性能。在50℃下分離90％乙醇/水溶液時(shí)改性PVA膜分離因子為277.4，通量為76.2g/m2.h，改性前分離因子為139.0，通量為69.7g/m2.h，分離因子提高了近一倍。同時(shí)發(fā)現(xiàn)表面羧基化改性前后的PVA膜分離性能具有不同的時(shí)間依賴性，改性后的PVA膜在分離過(guò)程中滲透液中水濃度達(dá)到平衡的時(shí)間明顯縮短，說(shuō)明分離性能時(shí)間依賴性的差異與分離膜表面基團(tuán)的重構(gòu)密切相關(guān)。 3.滲透汽化膜表面引入羧基官能團(tuán)可以有效

5、地提高膜對(duì)醇水體系的分離性能。研究本體中引入羧基對(duì)膜分離性能的影響有利于理解膜的分離機(jī)理。本文研究了本體改性羧基化PVA膜對(duì)乙醇/水和乙酸/水混合液的分離性能。研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)馬來(lái)酸酐本體羧基化改性的PVA膜分離乙酸/水溶液和乙醇水/溶液時(shí)具有不同的分離結(jié)果。對(duì)于乙醇/水混合液，通量隨著改性膜羧基量的增加而增加，分離選擇性則下降。對(duì)于乙酸/水混合液時(shí)，通量隨著改性膜羧基量的增加而減小，分離選擇性則增加。當(dāng)-COOH含量為4.1mol％時(shí)，