PVA-PES非對稱滲透蒸發(fā)膜的制備及其在乙醇脫水中的應(yīng)用.pdf

1、作為一種可再生能源,燃料乙醇的生產(chǎn)和利用日益受到人們的關(guān)注。乙醇的脫水精制是燃料乙醇生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。滲透蒸發(fā)過程以其能耗低、不受汽液平衡限制等優(yōu)點,在乙醇脫水中有突出的技術(shù)優(yōu)勢和良好的應(yīng)用前景。
　　 本研究選用滲透蒸發(fā)性能優(yōu)異的聚乙烯醇(PVA)與機(jī)械性能優(yōu)良的聚醚砜(PES)共混,采用相轉(zhuǎn)化法制備了PVA-PES非對稱膜。通過表面偏析過程實現(xiàn)了PVA在非對稱膜表面的富集,形成親水分離層；通過改變凝膠浴組成調(diào)控膜的孔結(jié)構(gòu),

2、形成具有較小傳質(zhì)阻力的大孔支撐層。膜的斷面和表面照片顯示,當(dāng)采用異丙醇為相轉(zhuǎn)化凝膠浴時,所制得膜同時具有致密皮層和大孔支撐層。采用XPS和EDS對膜表面元素進(jìn)行分析,結(jié)果表明,相轉(zhuǎn)化過程中PVA向表面偏析富集,對主體PVA含量為16.67、wt.％的PVA(3)-PES(15)非對稱膜,膜表面PVA覆蓋度達(dá)到86.8％。采用PVA(3)-PES(15)非對稱膜,在80℃、下游側(cè)壓力0.33 KPa條件下,分離乙醇含量為90wt.％的乙醇

3、／水溶液,通量為297.6 g／(m2h),分離因子為83.1。在高水濃度下(水含量為60、wt.％),PVA直接涂層的PVA／PES復(fù)合膜中PVA分離層溶脹嚴(yán)重,與支撐層發(fā)生剝離,失去分離作用,而PVA-PES非對稱膜仍具有一定的分離效果(通量654.2g／(m2h),分離因子10.7)。PVA-PES非對稱膜的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性優(yōu)于復(fù)合膜,但滲透蒸發(fā)脫水性能尚不理想。采用水為凝膠浴,制備了PVA-PES非對稱膜,其結(jié)構(gòu)較以異丙醇為凝膠浴時更

4、為疏松。以該PVA-PES非對稱膜為基膜,明膠(GE)為分離層材料,戊二醛(GC)為交聯(lián)劑,涂覆-交聯(lián)法制備了GE／PVA-PES復(fù)合膜。XPS表面元素分析結(jié)果和接觸角測量結(jié)果表明,PVA在PVA-PES基膜表面的富集(膜表面PVA覆蓋度達(dá)79.7％)增強了基膜表面的親水性。GE／PVA-PES復(fù)合膜的斷面SEM照片顯示,基膜與分離層間的相互作用增強,復(fù)合膜的界面穩(wěn)定性提高。T型剝離實驗結(jié)果表明,以PVA-PES非對稱膜為基膜時,GE分

5、離層的最大剝離力約是以PES為基膜時的3倍。采用GE(2)／PVA(3)-PES(17)復(fù)合膜,在80℃、下游側(cè)壓力0.33 KPa條件下,分離乙醇含量為90wt.％的乙醇／水溶液,通量為1580.6g／(m2h),分離因子為63.5。料液中水含量增大到40wt.％后,GE-PES復(fù)合膜的分離層嚴(yán)重溶脹并與基膜剝離,而GE／PVA-PES復(fù)合膜的分離層與支撐層仍結(jié)合良好,并具有一定的分離效果(通量4142.0 g／(m2h),分離因子4