PDMS/PS优先透醇渗透汽化复合膜的喷涂组装研究

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近年来,燃料乙醇作为一种清洁燃料,得到各国政府和研究者的广泛关注。渗透汽化与发酵耦合可以极大提高燃料乙醇在生产中的转化率和效率。本文提出利用空气喷涂技术在多孔支撑体上成膜,具有超薄分离层,极大地提高了渗透通量。进而又发展了利用环境友好喷涂组装技术实现溶剂绿色化。  首先构建了用于优先透醇膜组装的自动喷涂系统。采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为透醇材料,正硅酸乙酯(TEOS)作为交联剂,二月桂酸二丁基锡(DBLTD)作为催化剂,以聚砜(PS)超滤膜为支撑体,喷涂组装多层复合膜。较之传统的浸渍方法,分离层厚度降低8倍,渗透通量提高3倍以上。采用SEM、EDX、AFM和接触角等手段跟踪了多层膜的生长过程,结果证实分离层厚度小于1μm。分别考察了PDMS粘度、PDMS在正庚烷中的浓度、循环次数、PDMS喷涂时间、间隔时间等工艺条件对膜性能的影响,在最适宜条件下多层膜的通量为3275 g/h·m2,分离因子为7.5(进料液为含5.0 wt%的乙醇/水体系,60℃)。  在上述研究的基础上进一步发展了环境友好喷涂组装方法。将低粘度的聚二甲基硅氧烷(PDMS)和交联剂/催化剂/乙醇多次交替喷涂组装多层复合膜,并应用于乙醇/水以及正丁醇/水体系的渗透汽化分离。表征结果证实分离层厚度为8μm,在最适宜条件下多层膜的通量为521 g/h·m2,分离因子为9.1(进料液为含10.0 wt%的乙醇/水体系,60℃),及通量为998,分离因子为43.1(进料液为含3.0 wt%的丁醇/水体系,60℃)。此法在保证分离性能的前提下实现了溶剂绿色化,有潜在的工业应用价值。
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