pva-paa共混膜丙烯脱湿分子模拟与实验研究

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2、油-曩_嘲日___学科专业：化学工艺作者姓名：崔莉指导教师：董秀芹教授f面n天津大学研究生院摘要气体膜分离技术具有选择性高、能耗低、流程简单、投资少等优点，技术经济性方面优于吸附、吸收和深冷分离等传统气体分离方法；丙烯是石油化工中的一种重要有机原料，其最大用途是生产聚丙烯，在聚合之前原料丙烯必须经过脱湿。本文以丙烯脱湿气体膜分离过程为研究对象，寻找合适的膜材料和改性方法，以提高膜的性能。本研究采用中空纤维复合膜，选用聚砜(PS)作为多孔支撑层，聚乙烯醇(PVA

3、)作为活性分离层，在PVA中共混聚丙烯酸(PAA)以提高其脱湿性能。采用分子模拟和实验两种方法，考察PVA与PAA的不同共混比例对膜结构和分离性能的影响。分子模拟是探索预测膜材料结构及传递性质的有效工具。本文采用分子动力学模拟方法分析了高分子膜的性质，随着PAA含量增多，高分子膜密度变大；高分子链间吸引力变强；自由体积分数减小；玻璃化转变温度增大。分别计算丙烯和水在膜中的吸附量和扩散系数，发现随着PAA含量增多，小分子在膜中的吸附量增大，扩散系数减小。模拟结果表明，共混改性有助于提高水分子与膜的亲和性以及膜对水的分离因子，渗透速率受溶解和扩散过程共同影响，PVA与PAA的

4、共混比例可能存在一个适宜值。实验制备PVA／PS、PVA．PAA／PS中空纤维复合膜用于丙烯脱湿。随着膜中PAA含量增多，原料气的吸附量增加；渗透速率先增加后降低，当PVA与PAA质量比为1：1．2时达到最高；共混膜对水的分离因子高于PVA膜。对高分子膜进行SEM、FT-IR、XRD及DSC表征分析，可知PVA与PAA间具有较强的相互作用；PAA的加入降低了高分子膜的结晶度，有利于提高膜分离性能；从DSC图中得到玻璃化转变温度值，与模拟值吻合较好。此外，考察了操作条件对膜分离性能的影响，发现随着原料气湿度的增大或操作温度的降低，膜渗透速率均增大。研究结果表明，PVA．PA

5、A共混膜的分离性能优于PVA空白膜。模拟计算与实验结果吻合良好，表明分子模拟技术在分析膜的微观性质、气体与膜材料的亲和性、预测渗透速率和分离因子方面有较高价值。关键词：丙烯脱湿气体膜分离分子模拟共混聚乙烯醇聚丙烯酸ABSTRACTGasmembraneseparationtechnology,exhibitingadvantagesofhighselectivity,lowenergyconsumption，simpleprocess，lowinvestment，hasbeenprovedbothtechnicallyandeconomicallybeRerthantra

6、ditionaltechnologiesofgasseparationsuchasadsorption，absorption，andcryogenicdistillation．Propyleneisanimportantorganicmaterialinpetrochemicalindustry,anditshouldundergodehumidificationtoremovewaterbeforebeingprocessedintopolypropylene，whichisthemainusageofpropylene．Thepropylene／watergasfee

7、dwasusedasmodelsysteminthecurrentstudywiththemainpurposeofdevelopingamembraneandexploringmodificationmethodtoenhancemembraneseparationperformance．Thinfilmcompositehollowfibermembranewasusedinthisstudy．Polysulfone(PS)wasselectedasporoushollowfiberswhilepoly(vinylalcoh01)(PVA)waschosenassel

8、ectiveskin．Inthecurrentstudy，poly(acrylicacid)(PAA)wasblendedwithPVAtoimprovethemembranedehumidificationperformance．MolecularsimulationandexperimentalstudymethodswerebothemployedtoinvestigatetheinfluenceofdifferentblendproportionsofPVAtoPAAonthestructuralmorphologya