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PDMS/PAN中空纤维复合膜用于甲醇/水的分离

作　者: 段谟华
导　师: 张国亮
学　校: 浙江工业大学
专　业: 环境工程
关键词: 中空纤维膜接触器聚二甲基硅氧烷/聚丙烯腈复合膜甲醇/水精馏
分类号: TQ028.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

膜接触器作为一种新型膜分离过程,以其投资少、能耗低、操作简单和无污染等优点,具有突出的优势和应用前景。本研究研制了以聚丙烯腈(PAN)为基膜、聚二甲基硅氧烷(PDMS)为表面活性层的复合膜。讨论了PDMS浓度、交联剂以及催化剂用量、浸渍时间等对硅橡胶复合膜透气率的影响,确定了复合膜的适宜制膜条件范围和操作条件。用FT-IR和SEM等方法对PAN中空纤维基膜及所制备的复合膜的结构形貌进行了分析。结果表明,活性层是由聚二甲基硅氧烷的交联反应生成的;活性层表面平整光滑,为均匀致密结构;交联剂和催化剂的用量都会影响复合膜选择层的致密程度,进而影响复合膜的分离性能。复合膜包括活性层和支撑层两部分,虽然活性层与基膜相互之间没有化学作用,但是其结合仍十分紧密。为验证PDMS/PAN中空纤维复合膜的分离性能,采用该复合膜制备了新型膜接触器,并用于甲醇/水体系的精馏分离研究。考察了甲醇/水体系在PDMS/PAN复合膜接触器和单一PAN膜接触器中的分离效果,详细比较了两种不同膜接触器在膜形态、塔顶流出液浓度以及分离过程中的传质单元高度(HTU)值等方面的异同。结果表明,在一定的空间结构下,PDMS/PAN复合膜接触器的分离性能优于PAN膜接触器。PDMS/PAN复合膜膜结构填料得到的塔顶溜出液浓度均高于PAN膜,所需的HTU值也更低,PDMS/PAN膜分离甲醇所需的HTU值范围为7.0cm-10.1 cm,而PAN膜则在12.6cm-25.1 cm之间。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章文献综述  10-32
  1.1 引言  10
  1.2 膜与膜技术概述  10-21
    1.2.1 膜的定义及分类  11-13
    1.2.2 膜分离技术  13-16
    1.2.3 膜接触器过程的特点  16-18
    1.2.4 气/液膜接触分离过程  18-21
  1.3 膜接触器用膜材料  21-25
    1.3.1 膜材料的选择依据  21
    1.3.2 常用的疏水膜材料  21-22
    1.3.3 PDMS的结构及特点  22-25
  1.4 膜接触器用膜的制备方法  25
    1.4.1 熔融拉伸法  25
    1.4.2 相转化法  25
  1.5 膜接触器用膜的改进方法  25-29
    1.5.1 膜材料表面改性方法  26-28
    1.5.2 共混改性法  28-29
  1.6 复合膜的制备工艺  29-31
    1.6.1 聚合物涂敷  29-30
    1.6.2 界面缩合和界面缩聚  30
    1.6.3 单体催化聚合  30
    1.6.4 等离子体聚合  30
    1.6.5 动态成膜  30-31
  1.7 课题的意义及研究内容  31-32
    1.7.1 课题的意义  31
    1.7.2 主要研究内容  31
    1.7.3 课题创新点  31-32
第二章实验仪器和试验方法  32-40
  2.1 实验试剂和仪器  32-33
    2.1.1 试剂  32
    2.1.2 仪器  32-33
  2.2 实验方法  33-35
    2.2.1 复合膜的制备  33-34
    2.2.2 复合膜在膜组件中的固定  34-35
  2.3 中空纤维膜分离性能评价  35-36
    2.3.1 实验装置及步骤  35
    2.3.2 测试分析方法  35-36
  2.4 分析及表征方法  36-40
    2.4.1 透气率(J)的测定方法  36-37
    2.4.2 中空纤维膜内表面接触角的测定  37-38
    2.4.3 FT-IR分析  38
    2.4.4 SEM法测定膜的断面和表面结构  38-39
    2.4.5 溶胀实验  39-40
第三章膜材料的选择和制膜条件的优化  40-50
  3.1 膜材料的选择  40
    3.1.1 复合膜涂层材料的选择  40
    3.1.2 支撑膜材料的选择  40
  3.2 制膜条件的影响及其优化  40-44
    3.2.1 PDMS浓度对复合膜性能的影响  41
    3.2.2 催化剂浓度对复合膜性能的影响  41-42
    3.2.3 交联剂用量对复合膜性能的影响  42-43
    3.2.4 浸渍时间对复合膜性能的影响  43-44
  3.4 膜配方研制和适宜制膜条件范围  44
  3.5 中空纤维复合膜的表征  44-49
    3.5.1 红外光谱分析  44-47
    3.5.2 扫描电镜分析  47-48
    3.5.3 溶胀实验分析  48-49
  3.6 本章小结  49-50
第四章膜结构填料精馏分离甲醇/水体系的研究  50-55
  4.1 精馏数学模型  50-51
  4.2 中空纤维膜接触器对甲醇/水的精馏分离  51-53
    4.2.1 塔顶溜出液浓度随加热功率的变化关系  51
    4.2.2 膜接触器操作弹性  51-52
    4.2.3 结构填料和常规填料HTU比较  52-53
  4.3 本章小结  53-55
第五章结论与展望  55-57
参考文献  57-63
致谢  63-64
发表的论文  64

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