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本文首先制备了聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,简称PDMS),通过实验方法研究了发酵主要物质水、乙醇、丁醇、丙酮在PDMS膜中的扩散行为,然后通过分子动力学模拟对四种分子的扩散系数进行对比分析。此外,通过Hansen参数、溶解度、样条形变量等参数对影响分子扩散的因素进行了详细分析。针对丁醇的分离,本实验通过物理自吸的方法研究了 ZSM-5分子筛对丁醇的亲和性。然后通过KH-570对ZSM-5分子筛改性,并制备了四种硅铝比(25,50,150,300)填充的PDMS复合膜。在丁醇水渗透汽化分离过程中,重点研究了分子筛填充量、硅铝比以及下游压力对复合膜渗透汽化性能影响。实验最终得到了四种分子(水,乙醇,丙酮,丁醇)的扩散系数2.257×10-5,2.484×l0-6,3.640×10-6,5.770×10-7。通过计算Hansen溶解参数与溶解实验数据对比,发现与分子与PDMS的亲和作用越高,膜对分子的溶解度就越高。本研究工作得出了分子在膜内扩散的主要影响因素:(1)影响乙醇分离的主要因素为溶解度,溶解度太低则分离效果较差;(2)影响丁醇分离的主要因素为分子直径,分子直径越大在膜中的扩散阻力较大;(3)丙酮在膜中的溶解度较高,且溶解选择性、扩散选择性以及理想选择性均高于乙醇、丁醇,具有较好的分离效果。ZSM-5分子筛与丁醇的吸附实验表明,随着硅铝比的增高分子筛对丁醇的亲和性越高。当改性分子筛被填充到PDMS复合膜中,发现硅铝比增高复合膜疏水性越强。渗透汽化过程中发现,随着硅铝比从25增加到150分离因子从16.5增加到24.1,通量从134.1 g/(m2h)降到107.6 g/(m2h)。当硅铝比超过150时,分子筛的疏水性不再增强,复合膜的分离因子与通量曲线也趋于平缓。在下游压力测试中,发现下游压力对水分子的渗透影响更为显著。下游压力增加,复合膜的选择性会迅速降低。其当分子筛填充量从0 wt.%增加到50 wt.%时,复合膜的疏水性随着分子筛填充量增加而增强,分离因子从15.6增加到24.0,总通量从101.7 g/(m2h)增加到146.3 g/(m2h)。分子筛填充的复合膜明显提高了丁醇的扩散性能。