滲透汽化膜表面結(jié)構(gòu)及表面重構(gòu)行為研究.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。高分子滲透氣化膜表面結(jié)構(gòu)對(duì)分離性能起著非常重要的作用。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)隨環(huán)境而變。了解分離環(huán)境下膜表面的真實(shí)結(jié)構(gòu)及其變化在膜科學(xué)領(lǐng)域有著非常重要的意義。研究在分離環(huán)境下膜表面性質(zhì)的變化規(guī)律、表面重構(gòu)的結(jié)構(gòu)信息及膜表面重構(gòu)與分離性能的關(guān)系，為高性能滲透汽化膜的制備以及分離過(guò)程的優(yōu)化提供實(shí)驗(yàn)方法與理論。 本論文選用具有工業(yè)化應(yīng)用前景的聚乙烯

2、醇(PVA)、殼聚糖(Chitosan)作為膜分離材料，研究了它們?cè)诜蛛x過(guò)程中分離性能的時(shí)間依賴性及其產(chǎn)生時(shí)間依賴性的原因。并對(duì)膜表面結(jié)構(gòu)性質(zhì)的優(yōu)化與控制進(jìn)行了探索性研究。 1．研究了純PVA、交聯(lián)PVA膜的玻璃面與空氣面分離性能隨運(yùn)行時(shí)間以及其表面潤(rùn)濕性隨其與料液接觸時(shí)間的變化。結(jié)果表明，PVA膜滲透汽化分離性能的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程與膜表面重構(gòu)密切相關(guān)。隨著分離溫度的增加或交聯(lián)度的降低膜空氣面滲透液中水濃度達(dá)到平衡時(shí)間在縮短。

3、 2．分離膜表面潤(rùn)濕性是影響膜分離性能的重要因素。改變粗糙度可以改變膜表面的濕潤(rùn)性。在制膜過(guò)程中不同預(yù)處理溫度PVA膜對(duì)分離性能有很大的影響。預(yù)處理溫度越高分離膜對(duì)水的選擇性越高，接觸角下降。但膜的結(jié)晶度基本不變。通過(guò)AFM研究發(fā)現(xiàn)，預(yù)處理溫度越高膜表面粗糙度越大。所以通過(guò)改變膜表面的粗糙度可能可以提高膜的分離性能。同時(shí)發(fā)現(xiàn)PVA膜表面粗糙度越大，分離性能的時(shí)間依賴性越不明顯。 3．表面改性技術(shù)可以有效地改善分離膜分離性能，在

4、膜材料領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價(jià)值。通過(guò)表面改性的方法提高滲透汽化分離膜的分離性能是滲透汽化分離膜研究的一個(gè)熱點(diǎn)。對(duì)交聯(lián)殼聚糖膜表面通過(guò)馬來(lái)酸酐處理進(jìn)行羧基化。滲透汽化結(jié)果表明，表面改性膜在60℃對(duì)90﹪的乙醇水溶液的分離因子和通量分別為634和300 g/m<'2>．h，而未改性膜的分離因子和通量為105和250 g/m<'2>．h，分離因子提高了6倍。而且提高料液溫度可以大大提高膜的通量，但分離選擇性基本不變。 同時(shí)馬來(lái)酸酐處理前

5、后殼聚糖膜分離性能有明顯不同的時(shí)間依賴性。馬來(lái)酸酐處理后分離過(guò)程中滲透液中水濃度達(dá)到平衡的時(shí)間明顯縮短。分離性能時(shí)間依賴性的差異和分離膜表面基團(tuán)重構(gòu)行為密切相關(guān)。 4．對(duì)殼聚糖膜進(jìn)行丙酮處理可以改變膜的結(jié)晶結(jié)構(gòu)與結(jié)晶度，從而提高了膜的滲透通量，降低了分離選擇性。將丙酮處理后的膜經(jīng)馬來(lái)酸酐表面改性不僅有效提高了的殼聚糖膜分離通量，而且有效提高了分離膜對(duì)水的分離選擇性。60℃分離溫度下該膜分離90﹪的乙醇水溶液的通量和分離因子分別為