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醇脱水中空纤维渗透汽化膜及组件的研究

董永全  
【摘要】:渗透汽化膜分离技术具有设备简单、低能耗、无污染等优点,现已成功地应用于醇类化合物的脱水,水中易挥发有机物的脱除,特别是有望用于恒沸、近沸及同分异构有机混合物的分离,成为替代耗能的蒸馏的第三代膜技术。当前,日益加剧的能源危机为渗透汽化膜分离的工业化推广应用增加了一个契机,因此,如要打破目前渗透汽化膜品种单一,并获得较大规模推广应用的局面,制备出性能优异的渗透汽化膜及其膜组件就变得尤为重要。本文以醇类有机物脱水为研究目标,主要开展有关中空纤维渗透汽化透水复合膜及其组件研制。 本文首先用粘度法、红外光谱法(FTIR)和扫描电镜法研究了聚乙烯醇(PVA)与海藻酸钠(SA)共混相容性范围。PVA和SA共混比、交联剂种类和交联剂用量以及膜厚度对膜分离性能有显著的影响,试验结果表明,共混膜中PVA比例升高,膜的渗透通量上升,分离因子下降;不同交联剂交联的膜有不同的分离性能,采用马来酸酐交联的膜,其渗透通量可高达1400g/m~2.h,有较好的渗透通量;而用戊二醛交联的膜分离因子最高可达到3250,有较好的分离选择性;对同一种交联剂,随着交联剂(马来酸酐)含量的增加,膜的分离因子增大,而渗透通量降低。FTIR分析表明,用马来酸酐为交联剂,成膜过程中海藻酸钠和聚乙烯醇的-OH同马来酸酐的酸酐基团发生了酯化反应。通过试验,还获得制备优良性能渗透汽化复合膜的制膜条件。 其次,用干湿相转化法制备了聚偏氟乙烯中空纤维基膜,考察了聚偏氟乙烯含量、致孔添加剂种类、纺丝速度、内凝胶浴流速和挤出速度对膜结构的影响,得到优良结构中空纤维的制膜条件。进而分别以商用聚砜、聚丙烯腈和自制的聚偏氟乙烯膜为基膜,研制中空纤维复合膜,考察了不同支撑层对膜分离性能的影响,为渗透汽化支撑层的筛选与研制提供依据。还对比了板框式同中空纤维式膜组件的分离性能,在膜面积相等的基础上,发现中空纤维膜组件有较好的分离选择性,而板框式膜组件有较好的渗透通量。 用优化的制膜条件制得了聚乙烯醇与海藻酸钠共混中空纤维复合膜,分别对乙醇、异丙醇、正丁醇、叔丁醇等有机物进行渗透汽化脱水试验,研究了料液浓度、操作温度、料液流速等操作条件对膜分离效果的影响,用基团贡献法


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