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1、Seminar 2,,Outline,膜領(lǐng)域理論與技術(shù)發(fā)展 干燥過程理論分析 氣體分離膜干燥技術(shù)進展 纖維素中空纖維膜的干燥,,膜領(lǐng)域理論與技術(shù)發(fā)展-里程碑事件,,膜領(lǐng)域理論與技術(shù)發(fā)展-干/濕相轉(zhuǎn)化法制備非對稱膜,S. Loeb and S. Sourirajan, Advances in Chemistry Series, 38 (1962) 117.,,膜領(lǐng)域理論與技術(shù)發(fā)展-典型的非對稱膜結(jié)構(gòu),,膜領(lǐng)域理論與技術(shù)發(fā)
2、展-應(yīng)用于氣體分離所面臨的問題,,干燥過程理論分析-干燥物料的分類與特點,膠體無孔物料(a)無孔隙,水份只能在表面汽化(b)所有液體均為物理結(jié)合非吸濕多孔物料(a)具有明顯的孔隙(b)材料不吸水(c)干燥不收縮 膜材料如含氟聚合物,聚砜,聚烯烴類,聚酯類,含硅聚合物等吸濕多孔物料(a)具有明顯的孔隙(b)具有大量物理結(jié)合水份(c)干燥收縮 膜材料如纖維素類,殼聚糖類,聚乙烯醇等,,干燥過程理論分析-水份與物料的結(jié)合形
3、式,,氣體分離膜干燥技術(shù)進展-液體萃取法,R. L. Riley, J. O. Gardner, U. Merten, Science, 143 (1964) 801.,1964年,Riley等為了更好的保持CA濕膜原有結(jié)構(gòu),以便進行SEM觀察,采用了液體萃取法對CA膜進行干燥。,氣體分離膜干燥技術(shù)進展-表面活性劑浸泡法,,D. V. Kenneth, F. O. Burris, I&EC Prod Res and Dev, 8 (1
4、969) 84.,1969年,Kenneth等將濕態(tài)CA反滲透膜浸泡在不同濃度表面活性劑(Tergitol 15S7)溶液中15min后置空干燥。干膜再潤濕后性能保持很好。,,氣體分離膜干燥技術(shù)進展-快速冷凍真空升華法,P. K. Gantzel, U. Merten, I&EC Proc Des Dev, 9 (1970) 331.,1970年,Gantzel等采用快速冷凍真空升華法(at about -10℃ )干燥濕態(tài)CA反滲
5、透膜,所得干膜具有一定的He/N2分離能力。,濕態(tài)CA膜,Quick-freezing,,,Vacuum sublimation,,(P/l)N2為3.1×10-6 cm3(STP)/(cm2·s·cmHg) ,αHe/N2為34,低于CA本征值97。,,氣體分離膜干燥技術(shù)進展-溶劑交換干燥法,A. Lui, F. D. F. Talbot, et al., J. Appl. Polym. Sci., 3
6、6(1988) 1809.,1988年,Lui等采用溶劑交換法干燥濕態(tài)CA反滲透膜,干膜表現(xiàn)出較好的CO2/CH4分離能力。 第1溶劑:甲醇,乙醇,異丙醇等。 第2溶劑:二硫化碳,己烷,甲苯等。 第1溶劑必須親水性,第2溶劑必須與第1溶劑相溶,并易揮發(fā)。,,氣體分離膜干燥技術(shù)進展-超臨界流體干燥法,超臨界流體(SCF)干燥技術(shù) 超臨界流體是指在臨界壓力(Pc)和臨界溫度
7、(Tc)以上相區(qū)內(nèi)的氣體。 特點是其擴散系數(shù)和粘度接近氣體,而溶劑性能卻類似于液體,溶解性能優(yōu)良。 CO2的Tc為31.4℃,Pc為73×105Pa。,,纖維素中空纖維膜的干燥-紡絲參數(shù),,纖維素中空纖維膜的干燥-濕膜斷面形態(tài),斷面內(nèi)層即時相分離,大孔出現(xiàn)斷面外層延時相分離,無指狀孔,M-1,,纖維素中空纖維膜的干燥-不同干膜的斷面形態(tài)比較,M-2:自然干燥;M-3:乙醇干燥;M-4:2-丁酮干燥;M
8、-5:乙醇正己烷干燥。All were finally dried in ambient air with a relative humidity about 50% at 15℃ ),,纖維素中空纖維膜的干燥-不同干膜的收縮程度比較,,(d:dry state; w:wet state),,纖維素中空纖維膜的干燥-不同干膜的機械性能比較,,纖維素中空纖維膜的干燥-不同干膜的結(jié)晶度比較,natural drying, 61%(b
9、) ethanol exchange drying, 60%2-butanone exchange drying, 58%(d) ethanol-n-hexane exchange drying, 57%,Cellulose is a semicrystalline polymer: Crystalline region and amorphous region.Water in CHFM is in two sta
10、tes: Bonded water and free water.,,纖維素中空纖維膜的干燥-纖維素對不同液體的吸附能力比較,纖維素與不同液體的溶解度參數(shù)比較(單位 (cal/ml)0.5, 25℃),,,Three forces existed in CHFM after being solvent exchanged: water-cellulose water-solven
11、t solvent-solvent a,,纖維素中空纖維膜的干燥-不同的干燥速度與軸向收縮比較,,,,,(t:at “t” drying time; o:original time),Bonded water is in an equilibrium state and shows little influence.,,纖維素中空纖維膜的干燥-干燥結(jié)果的理論分析,Water-solvent and solvent-so
12、lvent affinities are the crucial factors.Natural dryingstrong water-water hydrogen bonds, slow evaporationEthanol exchange dryingstrong ethanol-water and ethanol-ethanol hydrogen bonds2-Butanone exchange dryi
13、ng2-butanone-water hydrogen bonds and affinity from polar groupEthanol-n-hexane exchange dryingNon-polar molecules and no affinity with water,,纖維素中空纖維膜的干燥-不同干膜的氣體滲透性能比較,-: These values are too little to be determ
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