PMPhS滲透蒸發(fā)膜脫除水中苯的實驗研究及理論計算.pdf

1、滲透蒸發(fā)作為新型的液體混合物分離技術(shù),在脫除水中少量揮發(fā)性有機物(VOCs)方面具有突出的技術(shù)優(yōu)勢和應(yīng)用前景.滲透蒸發(fā)過程效率高低主要取決于滲透蒸發(fā)膜性能的優(yōu)劣,選擇具有良好滲透蒸發(fā)分離性能的專用性膜材料是滲透蒸發(fā)研究的一個重要方面.滲透蒸發(fā)過程傳遞機理和模型的研究對于滲透蒸發(fā)膜的研制和過程優(yōu)化具有重要的指導(dǎo)意義.該研究從溶解度參數(shù)、化學(xué)結(jié)構(gòu)等角度出發(fā),選擇PMPhS作為滲透蒸發(fā)脫除水中苯的專用性膜材料,制備出苯基含量分別為5.48％和

2、20％的108-1型和JHG-GT-1型PMPhS膜,并對苯基含量、溶劑、交聯(lián)劑和催化劑的用量對膜的制備和膜性能的影響進行實驗研究和討論.采用多種方法對膜的物理及化學(xué)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)進行分析和表征.采用FT-IR分析膜表面的官能團;通過XPS分析得到膜面元素組成;通過接觸角測量獲得膜對液體的親和程度;采用SEM觀察膜表面形態(tài);通過AFM分析獲得膜表面的粗糙度信息;通過XRD測得膜的結(jié)晶度.分別考察了進料溫度、Re、膜下游側(cè)壓力和原料液濃度對兩

3、種膜總通量、組分通量、分離因子以及PSI的影響.實驗中108-1型膜和JHG-GT-1型膜的分離因子分別可以達到2862和4220,總通量可以達到98和293g/m<'2>·h.PMPhS膜,由其是JHG-GT-1型膜,可以有效脫除水中的少量苯,獲得比文獻中用到的膜更優(yōu)良的分離效果.以溶解-擴散模型為基礎(chǔ),建立了滲透蒸發(fā)分離過程的完全可預(yù)測性模型,并將計算值與實驗值進行比較.溶液中組分的活度α<,i><'l>由原始的UNIFAC模型計算

4、,聚合物中的活度α<,i><'m>由改進的UNIFAC模型計算.根據(jù)溶解平衡采用最小二乘法逼近目標(biāo)函數(shù)∑(α<,i><'l>-α<,i><'m>)<'2>,得到組分在膜上表面的體積分?jǐn)?shù).擴散系數(shù)通過Fujita自由體積理論確定.在溫度小于330K,濃度小于0.0013g苯/g水的情況下,苯的通量相對誤差的絕對值在54％以內(nèi).溫度升高濃度增大時,苯通量的相對誤差增大.水通量的相對誤差隨溫度及料液濃度變化產(chǎn)生的變化不明顯.通量和分離因子的計