试析中空纤维复合膜分离挥发性有机废气的实验研究

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1、k1礤ⅧJ⑧天毕大謦中国近代第一所大学硕士学位论文学科专业：化学T#作者姓名：张晓辉指导教师：iI』家耩教授天津大学研究生院2005年12月中文摘要膜分离法是治理挥发性有机化合物(VOCs)污染的一种新方法，与传统方法相比，具有高效、节能、操作简单和不产生二次污染并能回收有机溶剂等优点，有较为广阔的应用前景。因此膜法回收挥发性有机气体已成为备受关注的前沿课题，并已步入工业化应用阶段。本文对中空纤维复合膜分离技术对于挥发性有机气体(正庚烷)／氮气体系的分离进行了研究，自行研制了微型中空纤维膜组件，设计并组装了复合膜测试系统，进

2、行了膜筛选和工艺条件实验。首先选取了4种常见的中空纤维为基膜、4种硅橡胶为涂层，采用浸渍涂敷法制备了不同基膜和硅橡胶涂层的复合膜，研究了制膜条件(硅橡胶浓度、催化剂用量、交联剂用量)对膜分离性能的影响。发现以Ps—I聚砜膜为基膜所制成的复合膜都有较好的分离性能，其中以甲基硅油为涂层所制成的复合膜的分离性能最佳。其次，进行了对几种中空纤维基膜进行热处理改性的研究，并讨论了不同的热处理条件(热处理时间和热处理温度)对复合膜分离性能的影响，找到了最佳的热处理条件。发现热处理使得以Ps—I为基膜的复合膜的分离性能显著降低，而使得以P

3、S-II和PVDF为基膜的复合膜的分离性能大幅度提升。通过红外光谱法分析膜表面的官能团，用扫描电镜法测定复合膜的断面和表面结构，用x射线光电子能谱法对复合膜进行元素分析。最后，在经热处理的PVDF为基膜和RTV一107为涂层的复合膜上，分别考察不同操作条件(原料气压力、进料气浓度、原料气流速、操作温度、透过侧压力、操作方式)对正庚烷／氮气体系以及正庚烷／空气体系分离性能的影响，从而得到较为适宜的工艺操作条件。关键词：中空纤维复合膜，挥发性有机气体，气体分离ABSTRACTCompositehollowfibermembran

4、eseparationiswidelyappliedtoseparatingVOCsfi'omair．Ithasmanyadvantagessuchasfewinvestment，lessenergyconsumption，simpleoperationandcontrol，nopollution，outstandingtechnicaladvantagesandpromisingapplicationprospects．Here，somecompositemembranesweremade，n-heptanerecover

5、yprocessfromthen-heptane／N2systemandn—heptane／airsystemwasstudied．TheminisizehollowfibermembranemodulewaspreparedandtheexperimentequipmentfordeterminingtheperformanceinseparatingVOCsfromairWasassembled．FirMly,thesiliconerubber／polysulfonehollowfibercompositemembran

6、eswerepreparedbydip—coatingmethod，bychoosing4hollowfibersasbasemembraneand4siliconerubbersascoat．Theeffectsofsomefactors，includingconcentrationofthesiliconerubber,catalystandcross-linker,ongasseparationperformanceofcompositemembranesalSOwerediscussed．Themembraneofs

7、iliconoil／PS-Ihast11ebestperformanceofthem．Secondly,theheatingtreatmentonthebasemembraneWaSappliedtoenhancetheseparationperformanceofcompositemembrane．Theeffectsofsomefactors，includingthetemperatureofheattreatmentandthetimeofheattreatment，werediscussed。inordertofin

8、dthebestheattreatmentcondition．Thestmctureofsiliconerubber,hollowbasemembranesandhollowfibercompositemembraneswereanalyzedbySEMmethod．Thefunction