聚丙烯復(fù)合膜的滲透汽化分離性能研究.pdf

1、復(fù)合膜由極薄的致密層和多孔支撐層組成，具有很好的工業(yè)化應(yīng)用前景。目前常用的支撐層主要有聚丙烯腈(PAN)和聚砜(PSf)，但由于耐強(qiáng)極性溶劑性能差，難以分離強(qiáng)極性溶劑體系。聚丙烯微孔膜(PP)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，用來作為復(fù)合膜的支撐層時(shí)，可以彌補(bǔ)PAN和PSf等多孔膜的缺點(diǎn)。但因PP膜表面過于惰性、潤濕性差等原因，在使用前往往需要改性。本文通過N2低溫等離子體對PP膜表面進(jìn)行改性，制備了海藻酸鈉/聚丙烯復(fù)合膜，用于乙酸水溶液及DMF水

2、溶液等強(qiáng)極性體系的滲透汽化分離，研究結(jié)果如下：
　　 1．研究了N2等離子體處理功率和處理時(shí)間對PP膜表面的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨處理時(shí)間的延長，PP膜的孔徑增大，表面親水性有了明顯改善。這些結(jié)果得到了場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)、接觸角、紅外(ATR-FTIR)、X射線光電子能譜(XPS)等證實(shí)。
　　 2．海藻酸鈉/聚丙烯復(fù)合膜用于分離乙酸水溶液時(shí)，發(fā)現(xiàn)不同抗衡離子的復(fù)合膜通量大小為Li+＜Na+＜K+，而分離因

3、子的趨勢與之相反，并探索了水和乙酸滲透通過海藻酸鈉膜的機(jī)理，水優(yōu)先吸附和擴(kuò)散通過膜，而乙酸與膜分子鏈上的-COOM進(jìn)行離子交換擴(kuò)散通過，導(dǎo)致乙酸透過膜的阻力增加；采用多價(jià)金屬離子對海藻酸鈉致密層進(jìn)行交聯(lián)，有效地改善了復(fù)合膜的分離性能，其中Ca2+交聯(lián)復(fù)合膜50℃下分離90wt％乙酸水溶液時(shí)通量為151.72g/m2·h，分離因子達(dá)到了1202.3，綜合性能優(yōu)于未處理的復(fù)合膜。
　　 3．研究了海藻酸鈉/聚丙烯復(fù)合膜對DMF水溶液

4、的分離性能，結(jié)果表明綜合性能與文獻(xiàn)報(bào)道值相比，Ca2+交聯(lián)復(fù)合膜具有更好的分離性能，40℃下分離90wt％DMF水溶液時(shí)通量和分離因子分別為0.154kg/m2.h和2608。根據(jù)溶解－擴(kuò)散模型和Flory-Huggins理論，建立了40℃下Ca2+交聯(lián)復(fù)合膜分離DMF水溶液過程的傳質(zhì)模型。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，溶解吸附過程中，各組分在料液相以及在膜中的分配關(guān)系與組分與膜間以及兩組分之間的相互作用參數(shù)有關(guān)，水與膜的相互作用參數(shù)小于DMF與膜的相互作

5、用參數(shù)，說明水與膜間的相互作用強(qiáng)于DMF與膜間的相互作用，水在膜中優(yōu)先吸附溶解；隨著料液中DMF含量的增加，料液中水與DMF的相互作用參數(shù)增加，而膜中兩組分的相互作用參數(shù)幾乎不變。水的塑化系數(shù)和無限稀釋擴(kuò)散系數(shù)都比DMF要大，說明水更容易吸附和擴(kuò)散通過膜。利用所建立的模型對各組分通量進(jìn)行預(yù)測，發(fā)現(xiàn)模型預(yù)測結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值吻合良好。
　　 本文制備的海藻酸鈉/聚丙烯復(fù)合膜分離乙酸水溶液及DMF水溶液時(shí)獲得了優(yōu)異的分離性能。研究結(jié)果為腐