论文部分内容阅读
由于能源的紧缺和环境污染的日益严重，生物燃料越来越受到重视。而生物丁醇比乙醇作为生物燃料使用时具有更加出色的效果。然而生物丁醇生产过程中的高能耗阻碍了生物丁醇的发展。本文针对这一问题，拟采用渗透汽化技术解决生物丁醇生产中的高能耗。 由于SiO2材料具有较强的亲水性且耐高温、耐酸性强因而成为目前最具有前景的渗透汽化透水膜材料之一。但是其在水蒸汽存在的情况下不稳定，因而导致其在应用过程中受到限制。因此，提高SiO2材料在水蒸汽存在情况下的稳定性是目前膜领域的热点和难点之一。 本文以1,2-二（三乙氧基硅基）乙烷(1,2-Bis(triethoxysilyl) ethane，BTESE)为前驱体，首先研究了溶胶过程参数对其溶胶粒径的影响，并选定粒径为4 nm、6 nm、8 nm左右的三种溶胶，通过浸浆法在具有结构的片式载体上一次涂膜，然后在氮气气氛下烧成得到完整无缺陷的有机无机杂化SiO2膜，研究不同粒径对渗透汽化性能的影响。结果表明，溶胶合成过程中，加酸量(ra)比加水量(rw)对溶胶的粒径分布和平均粒径影响更大，调节加水量更易获得期望粒径的溶胶。选取三种不同粒径的溶胶制备有机无机杂化SiO2膜，采用溶胶粒径约为8 nm的溶胶制备的有机无机杂化SiO2膜的渗透汽化性能最佳。其在丁醇进料浓度为95wt％，进料温度为80℃时，通量为0.4 kg/(m2·h)，渗透侧水含量达到95 wt％，分离因子达到380。且在pH=4的环境下运行120 h没有出现性能下降的情况。 其次，选用分离性能较好的用8 nm溶胶制备的有机无机杂化SiO2膜，研究烧成温度对其分离性能的影响。采用傅里叶变换衰减红外光谱仪、N2吸附脱附法等测试手段对不同烧成温度下的BTESE粉体进行性能表征。结果显示，随着烧成温度的增加，粉体的比表面积逐渐减小，膜的亲水性能逐渐增大。但是低温烧成的膜孔结构较为疏松，因此通量较大，分离因子较低。350℃下烧成的有机无机杂化SiO2膜其在丁醇进料浓度为95 wt％，进料温度为80℃时，通量为0.42kg/(m2·h)，渗透侧水含量达到95 wt％，分离因子达到432。三片膜在酸性条件下的稳定性均良好。 最后，选用BTESE为前驱体，在合成过程中掺杂入正丙醇锆，通过聚合溶胶路线，采用酸催化的方法，在平均孔径为3 nm的γ-Al2O3中孔膜上制备出Zr-BTESE膜，并研究了操作参数对其渗透汽化性能的影响。结果表明，300℃下烧成的Zr-BTESE膜在丁醇进料浓度为95 wt％,进料温度为80℃时，通量为0.9 kg/(m2·h)，分离因子为15，并能在pH=4的环境下稳定运行250 h。