滲透蒸發(fā)膜親水改性與水傳遞過(guò)程強(qiáng)化研究.pdf

1、滲透蒸發(fā)因其具有低能耗、投資小、不受氣液平衡限制等優(yōu)點(diǎn)，在有機(jī)物脫水分離領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。本文以丙酮和水的滲透蒸發(fā)分離為研究對(duì)象，針對(duì)高分子膜的“trade-off”效應(yīng)，通過(guò)增加水在膜中的溶解性和擴(kuò)散性來(lái)解決“trade-off”效應(yīng)。為了提高水在膜內(nèi)的溶解性，本文通過(guò)摻雜親水性無(wú)機(jī)顆?；蛟诟叻肿由辖又τH水性基團(tuán)來(lái)提高膜的親水性。同時(shí)為了提高水在膜中的擴(kuò)散性，本文通過(guò)在膜中構(gòu)建無(wú)機(jī)通道，為水的擴(kuò)散提供高選擇性的連續(xù)通道，強(qiáng)化水傳

2、遞過(guò)程；或?qū)⑺肿印盎罨保磳⒋笏肿哟刈兂尚∷肿哟?，增加水分子的滲透性和擴(kuò)散性，提高水通量。主要研究結(jié)果如下：
　　首先，將親水性鉀型蒙脫土（K+MMT）摻雜到殼聚糖（CS）膜中，在膜中構(gòu)建離子化水通道。利用K+MMT層間 K+的水溶劑化效應(yīng)，來(lái)提高膜對(duì)水的選擇性，同時(shí)層狀的K+MMT為水分子提供連續(xù)的傳遞通道并增大了聚合物鏈間距，強(qiáng)化水的傳遞。CS-K+MMT-10雜化膜在50oC、水含量為5wt.％時(shí)，滲透通量為1.56

3、kg/m2h，分離因子為2200，比純殼聚糖膜分離因子（249），提高了約8倍。
　　其次，將疏水性多孔碳分子篩經(jīng)過(guò)磺化接枝高親水性磺酸根，然后將磺化碳分子篩（SCMS）摻入CS膜中，在膜中構(gòu)建具有親水位點(diǎn)的疏水通道。利用SCMS上磺酸根的親水性提高水選擇性，利用通道的疏水性降低水分子傳遞的能量壁壘，提高水通量。CS-SCMS-2雜化膜在50oC水含量為5wt.%時(shí)滲透通量為1.81kg/m2h，分離因子為832，與純殼聚糖膜相比

4、，通量和分離因子分別提高1.67倍和2倍。
　　再次，利用強(qiáng)電解質(zhì)在水中可完全電離，與弱電解質(zhì)相比能和更多的水分子形成水合離子的性質(zhì)，將CS中弱堿性的氨基改性成強(qiáng)堿性的胍基，合成殼聚糖胍（CG）。胍基通過(guò)誘導(dǎo)極化與更多的水分子形成水化層，提高水選擇性；同時(shí)，利用胍基的“結(jié)構(gòu)碎化”效應(yīng)（“Structure breaking”effect），使大水分子簇變成小水分子簇，增強(qiáng)水分子的滲透性，強(qiáng)化水的傳遞。結(jié)果表明CG-50-pH2.5

5、-1:2膜內(nèi)胍基取代度為8.69%，在50oC、水含量為5wt.%時(shí)，其滲透通量可以達(dá)到1.9kg/m2h,分離因子為3300，比純殼聚糖膜分別提高1.26倍和13倍。最后，選用氨基含量更高的聚乙烯胺（PVAm）為膜材料，采用類似的方法，將PVAm中的氨基改性成胍基，合成了聚乙烯胍（PVG）。隨著胍基取代度的增加，膜的水接觸角減小，親水性增強(qiáng)。PVG-50-pH2-1:2膜內(nèi)胍基取代度為18.41%，在50oC、水含量為5wt.%時(shí)，通