有機(jī)物-水體系滲透汽化分離膜制備及分離性能研究.pdf

1、滲透汽化膜分離技術(shù)是近二十年發(fā)展起來的一種新型膜分離技術(shù)，由于它具有操作簡(jiǎn)單、能耗低、不引入第三組分和經(jīng)濟(jì)環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)而得到了人們的普遍關(guān)注。隨著滲透汽化膜分離技術(shù)的發(fā)展，用來分離有機(jī)物/水體系的常規(guī)膜材料機(jī)械強(qiáng)度小、穩(wěn)定性差或者分離性能低下等缺點(diǎn)，限制其工業(yè)應(yīng)用，于是開發(fā)高機(jī)械強(qiáng)度和良好穩(wěn)定性的膜材料就成為其發(fā)展方向之一。本文以有機(jī)物/水體系為分離目標(biāo)，開發(fā)幾種新型的滲透汽化膜材料。
　?。?）首先，以二甲基亞砜（DMSo）為溶劑

2、，偶氮二異丁腈為引發(fā)劑，將1-（4-乙烯基芐基）-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽（VMHF）離子液體用活性自由基聚合，制得聚[1-（4-乙烯基芐基）-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽](PVMHF)。用FTIR對(duì)制備的PVMHF的特征官能團(tuán)進(jìn)行表征，用TGA測(cè)定其熱穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：VMHF離子液體上的乙烯基發(fā)生自由基聚合，PVMHF在30～100℃范圍內(nèi)有較好的熱穩(wěn)定性。其次，以溶液澆鑄-真空干燥法制得PVMHF離子液體膜，用掃描電鏡觀察了PVMH

3、F離子液體膜的微觀形貌。由圖可知，PVMHF離子液體膜表面光滑，致密。最后測(cè)定了PVMHF離子液體膜在乙醇/水體系中的溶脹性能和滲透汽化分離性能。結(jié)果表明：PVMHF離子液體膜中的陰陽(yáng)離子優(yōu)先同水接觸，使得膜表現(xiàn)出優(yōu)先透水性能。對(duì)高濃度的乙醇溶液表現(xiàn)出較好的脫水效果：在45℃下，97.5％乙醇/水溶液最高的滲透通量達(dá)到158.67 g·m-2·h-1，分離因子可達(dá)242.61。
　?。?）首先，用溶劑熱快速合成法制得ZIF-8粒子

4、，用XRD對(duì)制得的ZIF-8的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。XRD測(cè)試結(jié)果表明：合成的ZIF-8的XRD衍射峰譜線與模擬標(biāo)準(zhǔn)ZIF-8的衍射峰譜線相吻合，證實(shí)了ZIF-8的晶體結(jié)構(gòu)，結(jié)晶度良好。其次，以TPU為基體膜材料，ZIF-8為無機(jī)添加物，用物理共混法制得TPU/ZIF-8混合基質(zhì)膜，并用FTIR、TGA、SEM對(duì)TPU/ZIF-8混合基質(zhì)膜進(jìn)行了表征。測(cè)試了TPU/ZIF-8混合基質(zhì)膜在乙酸乙酯/水中的溶脹性能。FTIR和SEM結(jié)果顯示，Z

5、IF-8均勻的分散在TPU基質(zhì)膜中。溶脹實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，ZIF-8對(duì)乙酸乙酯/水體系中的乙酸乙酯具有優(yōu)先吸附性。最后，考察了TPU/ZIF-8混合基質(zhì)膜對(duì)水中微量乙酸乙酯的分離性能?？疾靂IF-8的摻入量、原料液中乙酸乙酯的濃度以及操作溫度對(duì)TPU/ZIF-8混合基質(zhì)膜滲透汽化分離性能的影響。結(jié)果表明：TPU/ZIF-8混合基質(zhì)膜的滲透通量和分離因子隨原料液中乙酸乙酯濃度的增加而增加；隨操作溫度的升高而增加；增加ZIF-8的摻入量，TPU

6、/ZIF-8混合基質(zhì)膜的滲透通量和分離因子先增大后減小。當(dāng)ZIF-8的摻入量達(dá)到30%時(shí)，滲透通量最高可達(dá)155.283g·m-2·h-1，對(duì)應(yīng)的分離因子為3.095。
　?。?）以高結(jié)晶度的乙烯乙烯醇共聚物（EVOH）為膜材料，用化學(xué)交聯(lián)法制備交聯(lián)乙烯乙烯醇共聚物膜。用TGA、SEM對(duì)交聯(lián)EVOH膜進(jìn)行表征。SEM結(jié)果表明，交聯(lián)EVOH膜的表面光滑平整致密，膜截面無大孔存在。TGA測(cè)試結(jié)果表明，交聯(lián)EVOH膜在100℃開始緩慢熱

7、解，350℃以后熱解明顯。測(cè)試了交聯(lián)EVOH膜在水/乙醇中的溶脹效果，考察了制膜條件（交聯(lián)劑的用量）、分離操作條件（乙醇濃度和操作溫度）等對(duì)膜的滲透汽化分離性能的影響。結(jié)果表明：交聯(lián)EVOH表現(xiàn)出較好的耐水性能，對(duì)水有優(yōu)先透過性。隨著交聯(lián)劑用量的增加，交聯(lián)EVOH膜的滲透通量先增加后減小，分離因子則持續(xù)增加；原料液中乙醇含量增加，膜的滲透通量緩慢增加，分離因子明顯減小。提高操作溫度，膜的滲透通量不斷增大，分離因子略微減小，但變化不明顯。