渗透汽化膜的结构及动态分离过程的关系研究

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优异的分离性能和良好的稳定性是渗透汽化膜工业化的前提。根据溶解-扩散模型,分离膜表面和本体结构的性质对分离选择性及渗透通量有着重要的影响。但是对于渗透气化膜的表面结构与本体结构在分离过程中的作用目前还缺乏深刻的理解。这对于正确分离模型的建立十分不利。聚合物表面结构具有时间和环境依赖性,在渗透汽化分离过程中表面结构会随环境的变化而变化。同时在分离过程中,本体结构也存在吸附与溶胀平衡。因此,研究膜分离的动态过程及其影响因素对于分离机理的理解、控制与优化膜的分离性能有着重要的意义。   1.论文选用具有工业化应用前景的聚乙烯醇(PVA),采用简单的物理表面改性方法--表面离析改性,通过含有少量聚丙烯酸(PAA)的聚乙烯醇(PVA)溶液在不同极性底板(玻璃板或聚四氟乙烯板)上成膜,利用极性的诱导制备了表面结构基本相同而本体结构不同PAA表面离析改性的PVA膜。研究聚丙烯酸(PAA)含量、成膜底板、以及聚丙烯酸分子量对乙酸/水溶液分离性能的影响。结果发现,表面羧基的引入在很大程度上提高了对乙酸-水的分离选择性。如PAA含量为1wt%时,PVA膜玻璃面在40℃下分离90wt%乙酸-水时,通量从10.g/m2.h增加到12.g/m2.h,渗透液中水的浓度从68.5wt%增大到81.5wt%。研究还发现渗透汽化膜的分离选择性很大程度上由膜表面结构决定,而通量由膜的本体结构决定。   2.PAA表面离析改性的PVA膜在分离乙醇一水体系时,随PAA含量的增加,玻璃面渗透液中水的浓度逐渐增大。当PAA含量达到一定量时,继续增加PAA含量渗透液中水的浓度变化不大。当改性膜用于分离乙酸水溶液时也有类似的现象,而且达到平衡时所需PAA的含量与分离乙醇时相同。   3.渗透汽化分离膜的本体结构是影响膜分离性能的一个重要因素。通过改变制膜过程制备得到了具有不同结晶结构的戊二醛交联壳聚糖膜。研究了膜的本体结构对其分离过程动态行为的影响,关联了本体结构与分离过程动态行为的关系。发现膜的松弛时间与分离活化能成线性关系。同时发现膜在分离过程中通量、分离因子达到平衡的时间,其溶胀度、吸附选择性达到平衡的时间与膜的结晶度、松弛时间密切相关。其中都与松弛时间成线性关系。说明在表面结构基本相同的情况下,特别是本体结构存在较大差别时,膜的溶胀吸附平衡对于膜分离过程的动态行为起非常重要的作用。
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