探析硅橡胶渗透蒸发膜分离水中苯的实验与理论研究

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1、天津大学硕士学位论文硅橡胶渗透蒸发膜分离水中苯的实验与理论研究姓名：李多申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：姜忠义20030101中文摘要渗透蒸发作为新型的液体混合物分离技术，在水中的少量或微量有机物脱除中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，而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。本文首先以聚二甲基硅氧烷(PDMS)的预聚体为成膜单体，甲基三乙氧基硅烷的低聚物(工业上俗称防水3。)为交联剂，正庚烷为溶剂，二丁基二月桂酸锡为催化剂经相转化法制备出甲基嵌段PDMS渗

2、透蒸发膜。对所制得的渗透蒸发膜进行了接触角测量、红外光谱分析、扫描电镜分析、x．射线衍射实验等定性表征。接触角的测量结果表明膜对苯有很好的优先溶解选择性；扫描电镜结果显示膜的表面光滑，无缺陷：根据X一射线衍射结果计算出膜的结晶度19．68％。实验不仅考察交联剂浓度、溶剂浓度等制膜参数对渗透蒸发过程通量和选择性的影响，同时考察了温度、原料液组成、透过侧压力、以及原料液雷诺数等操作参数对膜渗透蒸发性能的影响，实验过程通量最大可以达到3909／m2th，选择性最大可以达到32400．89。渗透蒸发过程的通量和选择佐可以通过溶解．扩散模型来预弼。溶解模型假设组分在

3、原料液中及膜的上表面达到溶解平衡，溶解平衡可以通过组分的活度平衡来描述。原料液中组分活度(a!)由已知组分浓度及温度通过UNIFAC模型计算，膜相活度(口?)由改进的UNIFAC模型计算。通过溶解平衡应用最小二乘法原理，∑-卜口?r最小，就可以计算出组分在膜上表蕊的体积分数。扩散系数通过自由体积理论确定。本文所建模型属于完全预测性模型，不需要辅助性实验确定模型参数。模型对渗透通量的预测性较好，计算值与实验值相对误差在34—110％之间；但对选择性预测误差较大(80-800％之间)，可能是由于原料液侧苯浓度低，导致选择性对通量的变化非常敏感。关键词：渗透蒸发

4、，甲基嵌段，PDMS膜，UNIFAC方程，自由体积理论ABSTRACTPeTvaporation．asast&re—of、the—artmembranetechnologyfqrliquidmixtureseparation，haspromisingapplicationprospectsintherecoveryoforganiccompoundsfromaqueoussolutions、Thegoverningfactoroftheprocessefficiencyistheperformanceofpervaporationmembranes．Stu

5、dyonthemasstransfermechanismandmodellingoftheprocesswilloffervaluableguidancetOthemembranedevelopmentandprocessdesign．InOUrwork，theMethyl—block-polydimethylsiloxane(M—b—PDMS)membranewaspreparedbyphaseinversionapproachusingmembranecastingsolution，whichwascomposedofPDMSprepolymerast

6、heprecursor,theMethyl-triethoxysilaneprepolymerastheerosslinker,dibutyltindiacetateasthecatalyst，heptaneasthesolvent．WeaNosystemafica／lycharacIerizedthestrucIureendthepropertiesofthepreparedmembranebyContactAngleMeasurement，Infrared(IR)Spectrum，ScannerElectronMicroscopy(SEM)．andX-

7、rayDiffraction．Theresultsindicatedthatthemembranehasexcellentbenzenesolubilityselectivity,themembranesurfacewassmoothandflat,andthecrystallinityofthemembranewas19．69％Theaffectingfactorsinmembranepreparationprocess，suchascrosslinkerconcentration，solventconcentration，andtheeffectsof

8、theoperatingparameters，suchasfeed