多孔材料填充聚二甲基硅氧烷制備混合基質(zhì)膜滲透汽化分離醇水溶液性能研究.pdf

1、傳統(tǒng)化石燃料的大量燃燒給環(huán)境帶來了沉重的負(fù)擔(dān)，生物燃料成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)。膜滲透汽化(PV)技術(shù)具有能耗低、可連續(xù)化操作、無需引入新化學(xué)物質(zhì)、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，可用于分離提純生物燃料。滲透汽化膜材料的研發(fā)成為了該技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的突破口，純有機(jī)膜的選擇性和滲透性之間的trade-off效應(yīng)使得其發(fā)展受到了限制，混合基質(zhì)膜結(jié)合了填充材料和有機(jī)聚合物的雙重優(yōu)勢，備受研究者關(guān)注。
　　分別采用多孔材料ZIF-8和ZSM-5填充聚二甲基硅氧烷(

2、PDMS)，并以聚醚酰亞胺(PEI)為支撐層，制備混合基質(zhì)膜，滲透汽化分離乙醇溶液，研究填充量和操作條件對(duì)膜性能的影響;對(duì)滲透汽化過程進(jìn)行傳質(zhì)分析，并建立傳質(zhì)數(shù)群關(guān)聯(lián)式;用正辛基三乙氧基硅烷(OTES)分別對(duì)ZIF-8和ZSM-5進(jìn)行表面包覆改性，制備改性混合基質(zhì)膜，研究其滲透汽化分離乙醇溶液性能;用改性ZIF-8混合基質(zhì)膜，滲透汽化分離丁醇溶液，研究填充量和操作條件對(duì)膜性能的影響。
　　ZIF-8和ZSM-5混合基質(zhì)膜PV分離乙

3、醇溶液性能的研究表明，ZIF-8和ZSM-5填充PDMS均能較好改善膜的滲透汽化性能，且在一定填充范圍內(nèi)，膜滲透性和選擇性同時(shí)提高，ZIF-8和ZSM-5的填充量為10％時(shí)混合基質(zhì)膜綜合性能達(dá)到最佳，分離因子分別上升了18％和24.75％，滲透通量分別提高了54.75％和76.41％;ZSM-5混合基質(zhì)膜的滲透汽化性能優(yōu)于ZIF-8混合基質(zhì)膜。
　　操作條件對(duì)混合基質(zhì)膜滲透汽化性能影響研究發(fā)現(xiàn)，料液溫度、濃度以及流速上升均能促進(jìn)滲

4、透汽化傳質(zhì)過程，多孔材料的填充增強(qiáng)了膜對(duì)溫度的敏感程度;溫度上升膜對(duì)醇的選擇性變大，而流速對(duì)選擇性幾乎無影響;隨料液濃度的增加，乙醇溶液的分離因子先增加后較小，而丁醇溶液的分離因子持續(xù)變大。對(duì)膜傳質(zhì)過程分析發(fā)現(xiàn)，多孔材料的填充使膜相傳質(zhì)系數(shù)得到了大幅提高，10％ZIF-8和ZSM-5填充PDMS時(shí)，膜相傳質(zhì)系數(shù)分別為未填充的5.14倍和8.42倍;建立了傳質(zhì)數(shù)群關(guān)聯(lián)式，獲得了液相傳質(zhì)系數(shù)和Re關(guān)系式，計(jì)算值與實(shí)測值基本吻合。