基于pmphs渗透蒸发膜脱除水中苯的实验研究及理论计算

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1、天津大学硕士学位论文PMPhS渗透蒸发膜脱除水中苯的实验研究及理论计算姓名：冯海锋申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：姜忠义20040101摘要渗透蒸发作为新型的液体混合物分离技术，在脱除水中少量挥发性有机物(vocs)方面具有突出的技术优势和应用前景。渗透蒸发过程效率高低主要取决于渗透蒸发膜性能的优劣，选择具有良好渗透蒸发分离性能的专用性膜材料是渗透蒸发研究的一个重要方面。渗透蒸发过程传递机理和模型的研究对于渗透蒸发膜的研制和过程优化具有重要的指导意义。本研究从溶解度参数、化学结构等角度出发，选择PMPhS作为渗透蒸发脱除水中

2、苯的专用性膜材料．制备出苯基含量分别为5．48％和20％的108．1型和JHG-GT-1型PMPhS膜，并对苯基含量、溶剂、交联剂和催化剂的用量对膜的制备和膜性能的影响进行实验研究和讨论。采用多种方法对膜的物理及化学结构和性质进行分析和表征。采用FT-IR分析膜表面的宫能团；通过XPS分析得到膜面元素组成；通过接触角测量获得膜对液体的亲和程度：采用SEM观察膜表面形态；通过AFM分析获得膜表面的粗糙度信息；通过XRD测得膜的结晶度。分别考察了进料温度、Re、膜下游侧压力和原料液浓度对两种膜总通量、组分通量、分离因子以及PSI的影响。实

3、验中108．1型膜和JHG—GI"-1型膜的分离因子分别可以达到2862和4220，总通量可以达到98和2939／m2·h。PMPhS膜，由其是JHG—GT-1型膜，可以有效脱除水中的少量苯，获得比文献中用到的膜更优良的分离效果。以溶解．扩散模型为基础，建立了渗透蒸发分离过程的完全可预测性模型，并将计算值与实验值进行比较。溶液中组分的活度口j由原始的UNIFAC模型计算，聚合物中的活度口?由改进的UNIFAC模型计算。根据溶解平衡采用最小二乘法逼近目标函数y《口f_d?r，得到组分在膜上表面的体积分数。扩散系数通过Fujita自由体积

4、理论确定。在温度小于330K，浓度小于O．00139苯幢水的情况下，苯的通量相对误差的绝对值在54％以内。温度升高浓度增大时，苯通量的相对误差增大。水通量的相对误差随温度及料液浓度变化产生的变化不明显。通量和分离因子的计算值能较好的与实验值吻合。关键词：渗透蒸发聚甲基双苯基硅氧烷膜苯溶解扩散模型ABSTRACTPervapomtion，asanovelliquidmixtureseparationtechnology,hasoutstandingtechnicaladvantagesandpromisingapplicationpro

5、spectsintheremovaloftracevolatileorganiccompounds(VOCs)fromwater．Separationperformanceofpervaporationprocessmainlydependsonthepropertyofmembrane．Selectingtheappmpriativematerialwitllexcellentseparationperformanceisanimportantissueinpervaporationresearch．Studyonthemasstr

6、ansferoftheprocesswillgivemoreguidanceonthedevelopmentofmembraneandoptimisationoftheprocess．Inourwork，wechosethePMPhSasthespecialmaterialconsideringthesolutionparametersandchemicalstructuresandtwokindsofmembranes．108．1andJHG-GT-1membranewith5．48％and20％benzylgroupcontent

7、respectively,wereprepared．Influencesonthepreparationandperformanceofmembranesbythebenzylgroupcontent，portionofsolvent，crosslinkerandcatalystwereexperimentallyinvestigatedanddiscussed．Manytechniqueswereusedtoanalyzeandcharacterizethephysicalandchemicalstructuresandpovert

8、ies．Informat{onoffunctionalgroupsin．membraneswasgivenbyFT-IR；SurfaceelementcompositionsweregainedbyXPSanalysis