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改性聚乙烯醇膜渗透蒸发分离苯和环己烷的研究

陆连玉  
【摘要】:渗透蒸发作为一种新型分离技术,选择性高、稳定性好、能耗低、环境友好、操作简便、应用范围广,在有机/有机混合物分离方面具有突出的技术优势和应用前景。渗透蒸发过程效率高低主要取决于渗透蒸发膜性能的优劣,选择具有良好渗透蒸发分离性能的膜材料是渗透蒸发研究的一个重要方面。 本研究从溶解度参数、化学结构、亲疏水理论、苯和环己烷分子的性质差异等角度出发,选用聚乙烯醇(PVA)为膜材料,以碳纳米管(CNTs)、石墨(CG)和碳分子筛(CMS)为填充剂,制备一系列填充型聚乙烯醇膜。并研究了填充剂类型、填充量及填充剂粒径等因素对聚乙烯醇膜在分离苯和环己烷时的溶胀吸附性能和渗透蒸发性能的影响,考察了渗透蒸发过程操作条件(原料液浓度、温度、流速)对膜分离性能的影响。填充CNTs、CG和CMS后,聚乙烯醇膜的分离性能都得到了较大的提高,分离因子和渗透通量都出现了明显的改善。其中石墨填充聚乙烯醇膜的分离效果最好,分离50wt%苯的苯/环己烷混合液时,含石墨6.0wt%的CG02-PVA膜的分离因子达到100.1,总渗透通量达到90.7 g/(m~2h),料液温度为323K,料液流速为60L/h,下游侧压力小于0.1KPa。 采用红外光谱(FT-IR)、X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、热重分析(TG)和动态机械性能分析(DMA)等多种表征手段对填充型聚乙烯醇膜的结构形态和物理化学性质进行了研究。分析了填充膜的材料特性与其分离性能之间的联系。 另外,选用壳聚糖作为共混高分子,通过溶液共混法制备了聚乙烯醇/壳聚糖(PVA/CS)共混膜。采用特征粘度法、FT-IR、XRD和TG等方法研究了聚乙烯醇和壳聚糖之间的相互作用及共混膜的性质,并考察了壳聚糖含量及操作条件对共混膜的溶胀吸附性能和渗透蒸发性能的影响。结果表明,分离苯/环己烷混合液浓度为50wt%时,共混聚乙烯醇膜的总渗透通量可达到51.4 g/(m~2h),分离因子为49.9,料液温度为323K,料液流速为60L/h,下游侧压力小于0.1KPa。


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