膜管内低压气体输运模拟及低温等离子体改性研究.pdf

《膜管内低压气体输运模拟及低温等离子体改性研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、膜管内低压气体输运模拟及低温等离子体改性研究张玉曼2015年6月中图分类号：O633.4UDC分类号：620膜管内低压气体输运模拟及低温等离子体改性研究作者姓名张玉曼学院名称化工与环境学院指导教师赵之平教授答辩委员会主席张东翔副教授申请学位工程硕士学位学科专业化学工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年06月SimulationofgastransportinthemembranetubeunderlowpressureandmembranemodificationvialowtemperatureplasmaCandida

2、teName：YumanZhangSchoolorDepartment:SchoolofChemicalEngineeringandtheEnvironmentFacultyMentor:Prof.ZhipingZhaoChair,ThesisCommeetee:Prof.DongxiangZhangDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor:ChemicalEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDenfence：June,2

3、015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要膜分离作为一种新型的分离技术，具有能耗低、分离效率高等优点。不同膜材料的亲疏水性能不同，为了减轻使用过程中的膜污染和应对不同分离体系所需膜

4、的亲疏水性能要求，提高分离效率，故需对膜进行一定的修饰改性。其中，等离子体改性技术应用甚为广泛。本文主要针对低温等离子体亲水改性中空纤维膜内表面的问题，使用FLUENT软件对细管内空气的流动状态进行模拟，在此基础上，利用远程动态低温等离子体对细管管道内表面进行活化改性实验研究。首先，利用FLUENT流体流动模拟软件对空气介质(密度取理想密度)在不同管径内的流动进行模拟，分别对流动的压力场、密度场和速度场进行了研究；同时，将计算机模拟输出的出口质量流量与泊肃叶公式计算得到的质量流量进行了对比。验证了低压下空气流动基本符合连续流体流动规律

5、，并对比模拟与计算结果得到在一定的低压下，长度为500mm内径大于10mm时使用FLUENT模拟是可行的。当内径为5-8mm时，模拟误差约为10%，但结果仍然可以为细径管内低温等离子体的输运规律提供一定的指导作用。然后，采用本研究组的远程动态低温等离子体发生装置，对不同内径的替代膜—硅橡胶管内表面进行活化，在空气中暴露后进行体现亲水性变化的水接触角测试，并对改性前后的膜管内表面进行了傅里叶红外光谱(FTIR)、X-射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)等性能的表征。此外，分别研究了等离子体操作条件和组件结构对活化改性效果的影响，

6、并对改性后管壁面亲水稳定性进行了考察。结果表明，有效改性距离与功率呈正相关，但功率越大表面刻蚀越严重；在压力20±5pa下，流量控制在1sccm的有效改性距离达到最长；在一定的操作条件下，管内径越大其有效改性距离越长，当内径大于等于5mm时有效距离达到10cm以上，硅橡胶管只经活化处理而不进行后续接枝，其疏水性恢复时间接近20天；在所研究的范围内，有效改性距离比辉光距离长7cm至10.5cm。综上所述，如果对膜管组件采取两端处理，组件的有效改性距离可达到20cm-30cm，有望满足实际应用组件改性的要求。本文的研究结果对实际中空纤维膜

7、内表面改性研究有一定的指导意义。关键词：流动模拟；低温等离子体；中空纤维膜；内表面改性I北京理工大学硕士学位论文AbstractAsanewmeansofseparationtechnology,membraneseparationhastheadvantagesoflowenergyconsumptionandhighseparationefficiency.Thehydrophilicorhydrophobicpropertyofdifferentmaterialsofmembraneisdifferent.Inordertore

8、ducemembranefoulingintheprocessofuseandimprovetheseparationefficiency，oneofthemosteffectivemethodsistomodifyth