试析中孔材料填充聚二甲基硅氧烷膜用于渗透蒸发汽油脱硫

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1、天津大学硕士学位论文中孔材料填充聚二甲基硅氧烷膜用于渗透蒸发汽油脱硫姓名：许丹申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：姜忠义20090601摘要渗透蒸发作为新型的液体混合物分离技术，在有机混合物分离方面具有突出的技术优势和良好的应用前景，具有能耗低、环境友好等优点。渗透蒸发过程的优劣主要取决于渗透蒸发膜的性能，因而选择分离性能良好的膜材料是渗透蒸发研究的核心内容之一。本文选择正辛烷／噻吩组成的模拟汽油作为有机混合物的代表物系，选用聚二甲基硅氧烷(PDMS)为有机膜材料，分别制备了MCM．41分子筛、Ti

2、02纳米管(TNT)N种中孔材料填充聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜为活性层，聚砜(PS)超滤膜为支撑层的复合膜，分离性能相对于未填充的PDMS／PS复合膜有了明显改善。同时优化了制膜配方和渗透蒸发分离工艺。采用比表面积(BET)及孔径分布测试、红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、热重分析(TGA)等多种方法对无机材料和膜的结构形态和物理化学性质进行了表征。采用正电子湮没寿命谱仪(PALS)澳JJ试了均质膜干态条件下自由体积分数和自由体积孔穴半径。制备了MCM．41填充的PDMS／PS复合膜分离正辛j

3、皖／噻吩混合物，考察了不同MCM．41填充量、操作温度、雷诺数对膜的渗透蒸发性能的影响，同时考察了不同MCM．41填充量对膜吸附溶胀性能的影响。结果发现，MCM．41填充量为5wt％的PDMS杂化膜对噻吩含量为1300ppm的原料液，在303K，流速为40L／h时，综合分离性能达到最佳，此时通量为9．43kg／(m2h)，富集因子为3．95。制备了TNT填充的PDMS／PS复合膜分离正辛烷／噻吩混合物，考察了不同TNT填充量、操作温度、雷诺数对膜的渗透蒸发性能的影响，同时考察了不同TNT填充量对膜吸附溶胀

4、性能的影响。结果发现，TNT填充量为5wt％的PDMS杂化膜对噻吩含量为1300ppm的原料液，在303K，流速为40L／h时，综合分离性能达到最佳，此时通量为8．49kg／(m2h)，富集因子为4．57。关键词：渗透蒸发脱硫模拟汽油聚二甲基硅氧烷中孔材料杂化ABSTRACTPervaporation，asanovelliquidseparationtechnology，hasoutstandingtechnicaladvantagesandfavorablepromisingapplicationpro

5、spectsintheseparationoforganic’organicmixtures，duetoitslowenergycost，environment—benign．Separationperformanceofpervaporationprocessmainlydependsonthepropertyofthetargetmembranes，thereforeselectinganappropriativematerialwithexcellentseparationperformanceco

6、nstitutesanimportantissueinpervaporationresearch．Inourwork，themixtureofn—octane／thiophenewereselectedtofabricatethemodelgasoline，poly(dimethyisiloxane)(PDMS)wasselectedasthematrixpolymer,MCM一41mesoporousmolecularsievesandTi02nanotubes(TNT)werechoosedasthe

7、inorganicfillersdispersedinPDMSmatrixtoformtheactivelayer．Thecompositemembranes，usingpolysulfone(PS)ultrafiltrationmembranesasthesupportlayers，havegainedbetterseparationperformancesthanan-filledmembranes．Thestructuremorphology,thephysiochemicalpropertieso

8、fMCM一41，TNTandthemembraneswerecharacterizedandanalysedbyBET,FT-IR，SEMandTGA．ThefactionalfreevolumeandcavitysizeofhybridPDMSmembranesweretestedbyPALS．Forthepervaporationseparationofn—octane／thiophenemixturebyMCM41一PD