有机-无机杂化透醇膜制备及其渗透汽化性能研究

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1、江南大学硕士学位论文有机-无机杂化透醇膜制备及其渗透汽化性能研究姓名：邓利容申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：顾瑾20090701摘要在生物发酵制备燃料乙醇的过程中，需要将发酵液中的低浓度乙醇及时分离出来，以维持发酵的连续进行。传统的分离方法主要为蒸馏法，存在能耗较高、投资大、经济效益低等不足。渗透汽化是一种新型的膜分离技术，在分离恒沸物、近沸物和共沸物等体系时具有特别的优势，在低浓度乙醇水溶液的分离中也有着广泛的应用前景。本文制备了三种膜，包括PDMS／silicalite．1(有机化)膜，PDMSNTES(乙烯基

2、三乙氧基硅烷)膜以及PDMS／VTES．DVB(二乙烯基苯)膜。首先，制备了疏水性silicalite-1颗粒，测定了其粒径分布，结果表明：合成的silicalite．1微粒的平均粒径为0．466岬。然后在溶剂正己烷中以硅烷偶联剂对silicalite．1粒子进行有机化处理。将有机化处理后的silicalite．1颗粒与PDMS共混，制备了填充有机化处理silicalite．1微粒的PDMS平板膜，即PDMS／silicalite．1(有机化)膜。考察了交联温度，silicalite．1(有机化)质量百分含量及料液温度对渗透

3、汽化性能的影响。实验结果表明：PDMS／silicalite．1(有机化)膜分离乙醇／水体系的渗透汽化性能明显优于添加未处理silicalite．1粒子的PDMS膜。随着膜内silicalite．1(有机化)质量百分含量的增加，渗透通量先上升而后下降，在添加量达到4，0wt％时，渗透通量和分离因子，分别为921．11g．m'2．h-1，11．7。随着料液温度的升高，渗透通量与分离因子皆呈上升趋势，而且温度与渗透通量的关系符合ArrheniUS方程。然后，以VTES为交联剂制得了PDMSNTES膜，用于渗透汽化分离水中乙醇实验

4、。考察了交联温度，交联剂用量及料液温度对渗透汽化性能的影响。实验结果表明，以VTES为交联剂的PDMS膜性能明显优于以正硅酸乙酯(TEOS)为交联剂制得的PDMS膜。交联温度为80℃，H．PDMS(羟基封端PDMS)：VTES：DBTDL(二丁基二月桂酸锡)=l：0．2：0．02，原料液温度为40℃时，分离因子和渗透通量分别达到15。5和421．67g．m'2．h一，表明该VTES交联的PDMS膜具有良好的优先透醇性。最后，加入DVB(--乙烯基苯)和引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)对PDMS膜进行改性，制备PDMSNTES．

5、DVB(二乙烯基苯)膜，考察了交联温度，DVB添加量，PDMS浓度及料液温度等对渗透汽化性能的影响。实验发现，改性后的膜稳定性高于原膜。对于乙醇浓度为6嘶％的体系，交联温度为60℃，H．PDMS：VTES：DBTDL：DVB：AIBN=l：0．2：0．02：0．02：0002，PDMS浓度为20％，原料液温度为40℃时，分离因子和渗透通量分别达到12．956和799．11g．m-2．h"1。研究发现，PDMS／silicalite．1(有机化)膜较之填充未改性silicalite．1微粒的PDMS膜性能好，而PDMSNTES

6、膜的分离性能又有了进一步的提高，PDMS／VTES．DVB膜则进一步巩固了膜的稳定性。关键词：渗透汽化；PDMS；silicalite．1微粒；VTES；DVB；乙醇／水体系AbstractItisveryimportanttorecoverethanolfromfermentationbrothstoensurethecontinuousfuelethanolproduction．Distillationistheconventionalmethodsthatseparateethanolfromwater，butitsu

7、rfersfromhi【曲energyconsumption，greatinstallationcostandpooreconomicperformance．Pervaporation(PV)isanewmembraneseparationtechniquetoseparateliquidmixtures，whichbasedonthemembrane’Sdifferentselectivitytowardsthevariouscomponentsinthemixture，especiallyintheuseofthesep

8、arationofhomogeneousmixturessuchasazeotropic，closing-boilingandisomericmixtures，whicharedifficulttoseparatebyconventionalmethods．Inthispaper,wepr