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PVTES渗透汽化优先透醇膜共聚改性的研究

作　者: 杨宪雪
导　师: 张卫东
学　校: 北京化工大学
专　业: 化学工程
关键词: PVTES PVTES-X 优先透醇 渗透汽化 共聚改性
分类号: TQ320.721
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


生物发酵过程中常常用渗透汽化技术不断将发酵液中乙醇分离出来以减少生物抑制作用,渗透汽化技术的关键是渗透汽化膜材料,所以对渗透汽化膜材料的开发与改性尤为重要。本课题组前期研究开发了一种新型PVTES优先透醇膜,其渗透通量比商品化PDMS膜高1-2个数量级,但分离因子一般只有5左右,因此需要对PVTES膜改性以提高其分离因子。本文利用含有柔性链段的有机硅改性物质X(二甲基二乙氧基硅烷(DMDES)、羟基硅油(HSO)(?)口聚二甲基硅氧烷(PDMS))对PVTES进行共聚改性,制备了新型PVTES-X优先透醇膜(即PVTES-DMDES、PVTES-HSO和PVTES-PDMS膜)；通过PVTES-X和PVTES膜透醇性能的对比分析,并结合扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、接触角分析(CA)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、核磁谱图(29Si NMR)、X射线衍射(XRD)以及热重分析(TGA)等多种表征手段对膜的物化结构进行了表征,初步探索了优先透醇机理；系统考察了R/Si值、成膜温度、溶剂正庚烷用量、催化剂DBTL用量等制膜条件和料液温度、料液浓度等操作条件对PVTES-HSO膜渗透汽化分离低浓度乙醇／水溶液的影响。实验结果表明：PVTES-X和PVTES膜表面结构致密平整,成膜性好；相对于PVTES膜PVTES-X膜分离选择性有所提高,且改性膜中PVTES-HSO膜的分离选择性最高。在成膜温度为60℃、R/Si为1.4、溶剂正庚烷用量为10g、催化齐(?)DBTL用量为0.2g时,PVTES-HSO膜的渗透汽化性能较好,当渗透汽化分离35℃下9wt%的乙醇水溶液时,分离因子为6.6,渗透通量为8160g/(m2·h)。随着料液温度的升高,PVTES-HSO(?)莫的分离因子基本不变,维持在6左右,渗透通量逐渐增大；随着料液浓度的增加,分离因子有所减小,渗透通量逐渐增大

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-15
第一章 文献综述  15-33
  1.1 课题背景  15
  1.2 渗透汽化技术简介  15-16
  1.3 膜材料选择原则  16-17
  1.4 优先透醇膜材料  17-22
    1.4.1 常见优先透醇膜材料  17-18
    1.4.2 聚乙烯基三乙氧基硅烷(PVTES)  18-22
  1.5 优先透醇膜材料改性  22-26
    1.5.1 膜表面性质对优先透醇膜材料的影响  22-24
    1.5.2 膜内自由体积对优先透醇膜性能的影响  24-26
    1.5.3 优先透醇膜材料改性思路  26
  1.6 PVTES优先透醇膜材料改性  26-29
  1.7 本文的研究内容和目的意义  29-33
第二章 实验部分  33-39
  2.1 实验主要试剂与仪器  33-34
  2.2 PVTES-X和PVTES膜的制备和表征  34-35
    2.2.1 PVTES-X和PVTES膜的制备  34
    2.2.2 PVTES-X和PVTES膜的表征  34-35
  2.3 渗透汽化实验  35-36
  2.4 实验分析方法和数据处理  36-39
    2.4.1 乙醇水溶液标准曲线的测定  36-37
    2.4.2 实验数据处理  37-39
第三章 PVTES膜的共聚改性  39-57
  3.1 PVTES-X和PVTES膜渗透汽化性能  39-40
  3.2 PVTES-X和PVTES膜表面结构及性质  40-44
    3.2.1 扫描电镜(SEM)表征  41-42
    3.2.2 原子力显微镜(AFM)表征  42-43
    3.2.3 接触角(CA)表征  43-44
  3.3 PVTES-X和PVTES的化学结构表征  44-48
    3.3.1 红外(FTIR)表征  44-47
    3.3.2 ~(29)Si NMR核磁表征  47-48
  3.4 PVTES-X和PVTES成膜聚合物晶形结构与热稳定性分析  48-53
    3.4.1 X射线衍射(XRD)表征  48-51
    3.4.2 热重分析(TGA)表征  51-53
  3.5 PVTES-X和PVTES成膜聚合物结构分析  53-56
  3.6 本章小结  56-57
第四章 PVTES-HSO共聚改性膜的渗透汽化性能  57-67
  4.1 制膜条件对PVTES-HSO膜渗透汽化性能的影响  57-62
    4.1.1 R/Si值的影响  57-59
    4.1.2 成膜温度的影响  59-60
    4.1.3 溶剂正庚烷的影响  60-61
    4.1.4 催化剂DBTL的影响  61-62
  4.2 操作条件对PVTES-HSO膜渗透汽化性能的影响  62-66
    4.2.1 料液温度的影响  62-65
    4.2.2 料液浓度的影响  65-66
  4.3 本章小结  66-67
第五章 结论与展望  67-71
  5.1 结论  67-68
  5.2 展望  68-71
参考文献  71-79
研究成果及发表学术论文  79-81
致谢  81-83
作者和导师简介  83-84
附件  84-85

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 合成树脂与塑料工业 > 一般性问题 > 产品及检验 > 各种形状制品 > 薄膜
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