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疏水性SBA-15/PDMS杂化膜制备及分离乙醇/水的研究

作　者: 王倩
导　师: 王力
学　校: 山东科技大学
专　业: 应用化学
关键词: 硅橡胶(PDMS) 疏水改性SBA-15 有机/无机杂化膜 渗透汽化 乙醇/水分离
分类号: TQ028.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


渗透汽化是一种新型膜分离技术,对共沸或近沸混合体系的分离,微量水或有机物的脱除以及有机-有机混合物的分离等具有独特的优越性,在石油化工、制药、食品、环境、生物、能源等工业领域中具有广阔的应用前景。本论文采用共缩聚法合成了疏水性SBA-15介孔分子筛,使其具有不同的疏水基团后,利用共混法制备了疏水性SBA-15/PDMS渗透汽化杂化膜并对乙醇/水溶液进行渗透汽化实验,结果发现填充30%C16H33-SBA-15的杂化膜分离性能较好。研究主要包括以下四部分：1.以三嵌段共聚物PEO20-PPO70-PEO20(P123)为模板剂,正硅酸乙酯为硅源,分别于与三种硅烷(MTES、OTES、CTMS)共缩聚,用共缩聚法制备了改性SBA-15介孔分子筛CH3-SBA-15、C8H17-SBA-15和C16H33-SBA-15。经IR、XRD表征发现共缩聚法制备的疏水性SBA-15具有较好的有序孔道结构,而且有机基团已很好的引入到SBA-15。2.利用自制改性SBA-15与PDMS、交联剂、催化剂共混制备了疏水性SBA-15/PDMS渗透汽化杂化膜。通过对制膜条件进行优化,确定了杂化膜中各反应物之间的质量关系为PDMS:TEOS:DBTL=35:10:1。3.通过考察不同改性分子筛的不同填充量,确定了杂化膜的成膜性,发现C16H33-SBA-15的填充量最大,为30%。以填充10%C16H33-SBA-15的杂化膜为研究对象,从浸泡温度、乙醇浓度和分子筛填充量方面对杂化膜的溶胀性能进行分析,结果显示：在6%浓度的乙醇/水溶液中,杂化膜的溶胀度随温度的升高而增大；控制浸泡溶液温度为323K时,杂化膜的溶胀度在纯水中接近0,随着浸泡液乙醇浓度的增加,在0-12%范围内,溶胀度呈增长趋势；在同一温度同一浓度下,杂化膜的溶胀度随C16H33-SBA-15分子筛填充量增加有所增大。由于此类杂化膜对乙醇/水的溶胀性均较小,在0.06g/g以下,因此适宜进行乙醇/水的分离实验。利用SEM对杂化膜的表面结构进行表征,观察到膜表面平滑,分子筛均匀分散于膜上4.对杂化膜在分离乙醇/水体系中的渗透汽化性能进行了初步研究。考察了料液温度、料液浓度、填充分子筛种类及无机含量等操作条件对分离乙醇含量6%-12%的水溶液分离效果的影响,发现温度为323K、料液浓度为9%时渗透汽化性能最好。在此条件下,填充10%C16H33-SBA-15杂化膜分离因子为7.52,分别比10%CH3-SBA-15、10%C8H17-SBA-15的杂化膜提高了272%和24%；而填充30%C16H33-SBA-15杂化膜的分离因子可达到10.98,但渗透通量略小,为1870g/(m2·h)。通过系统研究疏水性SBA-15/PDMS的制备及在低浓度乙醇/水中的渗透汽化性能,不仅拓展了改性SBA-15在分离领域的应用,而且对开发同时具有高渗透选择和高渗透通量的新型杂化膜具有重要意义。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-13
1 绪论  13-41
  1.1 膜分离技术的发展状况  13-14
  1.2 渗透汽化分离技术  14-25
  1.3 有机-无机杂化膜的研究  25-34
  1.4 PDMS和SBA-15在膜材料中的应用  34-39
  1.5 课题研究目的、意义及内容  39-41
2 疏水性SBA-15介孔分子筛的制备与表征  41-49
  2.1 前言  41
  2.2 实验部分  41-43
  2.3 疏水性SBA-15介孔分子筛的制备  43-45
  2.4 疏水性SBA-15介孔分子筛的表征  45-48
  2.5 本章小结  48-49
3 疏水性SBA-15/PDMS渗透汽化杂化膜的制备及制膜条件的优化  49-55
  3.1 前言  49-50
  3.2 实验药品与仪器  50-51
  3.3 疏水性SBA-15/PDMS渗透汽化杂化膜的制备方法  51-52
  3.4 疏水性SBA-15/PDMS渗透汽化杂化膜制备条件的优化  52-54
  3.5 本章小结  54-55
4 疏水性SBA-15/PDMS渗透汽化杂化膜的成膜性及溶胀性能研究  55-62
  4.1 前言  55
  4.2 疏水性SBA-15/PDMS渗透汽化杂化膜的成膜性  55-56
  4.3 疏水性SBA-15/PDMS渗透汽化杂化膜的溶胀性能  56-59
  4.4 疏水性SBA-15/PDMS渗透汽化杂化膜的表面结构表征  59-60
  4.5 本章小结  60-62
5 疏水性SBA-15/PDMS渗透汽化杂化膜分离乙醇/水的性能研究  62-75
  5.1 前言  62
  5.2 渗透汽化实验  62-66
  5.3 疏水性SBA-15/PDMS渗透汽化杂化膜分离乙醇/水的性能研究  66-74
  5.4 本章小结  74-75
6 结论与展望  75-78
  6.1 主要结论  75-76
  6.2 展望  76-78
致谢  78-79
攻读硕士研究生学位期间所取得的科研成果  79-80
参考文献  80-88

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 一般性问题 > 化工过程（物理过程及物理化学过程） > 分离过程 > 新型分离法
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