探索渗透蒸发脱除水溶液中挥发性有机物的研究

《探索渗透蒸发脱除水溶液中挥发性有机物的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、天津大学博士学位论文渗透蒸发脱除水溶液中挥发性有机物的研究姓名：徐海全申请学位级别：博士专业：化学工艺指导教师：刘家祺2001.1.1摘要ff工业废水和地下水中的主要污染物是挥发性有机物(Vocs)，其对水体的污染已粤I起全世界的普遍关注和重视。我国的水资源较为缺乏，同时也是一个水污染严重的国家。渗透蒸发(Pv)作为一种膜分离技术，以其操作简单、无污染、能耗低，无外加分离剂、尤其是不受汽液平衡限制和一次分离效率高等特点，显示出比传统分离技术强大的优势，正成为从废水中脱除和回收VOcs的新型方法。在美国已有膜装置投入

2、生产，而国内至今尚未见有相关的研究报道。而且迄今为止，对渗透蒸发传质机理的研究，尚没有得到一个统一结论。因此深入研究渗透蒸发过程的传质机理，并将其应用于从水溶液中脱除和回收V0cs这一领域，具有重要的理论和实际意义。渗透蒸发脱除水溶液中VOCs的研究是国际上近年来才开展的一个崭新研究课题。本研究对优先透过vOCs的渗透蒸发膜进行了全面系统的实验研究和理论分析，研究了硅橡胶(聚二甲基硅氧烷，简称为PDMs)膜制备的影响因素，揭示了膜的溶胀行为和渗透蒸发过程传质机理，进行了大量的渗透蒸发膜评价和工艺条件实验，为渗透蒸发

3、脱除水溶液中vocs的进一步研究和应用性开发奠定了实验依据和理论基础。在膜制备过程中，制膜液的粘度是影响膜结构和分离性能的主要因素之一，本研究对制膜液的粘度行为进行了详尽的研究。结果发现，制膜液粘度玎随PDMs浓度c变化的表达式为_=1．155Po078兰PDMs溶液的特性粘度M等于12．86；PDMs的粘均分子量为3．9万。}，本研究中考察了PDMs浓度、交联剂、催化剂含量以及基板类型等对所制得的硅橡胶膜渗透蒸发性能的影响，获得了制膜的适宜配方和操作条件：制膜液中PDMS浓度为60讯％，交联剂浓度为5州％，催化剂

4、的浓度为2m％，以有机玻璃作基板，交联反应需8小时以上。采用红外光谱(取)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电子衍射和x射线衍射对硅橡胶膜的结构进行了剖析测试。佃4试结果表明，膜表面平整光滑，膜厚均匀：膜内既有结晶区，又有非结晶区，结晶度为51．97％；结晶区内高分子链段定向排列，非结晶区内高分子链段无序排列；高分子链段呈蜷曲状，链段间存在着空隙，这些空隙可能是渗透组分的扩散通道。，为了提高渗透蒸发膜的抗溶胀性能和机械强度，本研究以商业用碳分子筛(cMs)和自制的聚酰亚胺(PI)和酚醛树脂型cMs制备了硅橡

5、胶填充膜(简称为填充膜)。填充膜的SEM照片表明，膜中填充剂分布均匀，吸附剂与硅橡胶问连结部位无明显间隙；膜拉伸强度实验表明，膜中适量吸附剂的存在有利于提高膜的抗拉强度。为了考察两渗透组分和渗透蒸发膜三者之间的相互作用，研究了硅橡胶膜的溶胀行为。借先运用统计热力学方法，推导出了聚合物膜在二元溶液中溶胀过程的混合熵、漉合热和混合自由焓等表达式，并建立了溶胀平衡时的热力学方程：结合硅橡胶膜的溶胀实验，求得VOcs-水一膜三元溶胀体系的Flory—HugginS参数。膜的溶胀率实验值和理论值表明，本研究中硅橡胶膜在苯和氯

6、仿的稀水溶液中的溶胀率是较低的；随着溶胀液平衡浓度的升高，膜的溶胀率呈线性增长，分配系数呈指数增长；随着溶胀液平衡温度的升高，分配系数呈指数增长。本研究还运用溶胀一脱吸法测定了苯、氯仿和水在硅橡胶膜中的扩散系数。针对料液边界层传质、膜界面吸附、膜内部传质过程的特点，分别就硅橡胶膜和填充膜渗透蒸发过程进行了传质机理推导，提出了两种膜的渗透蒸发分离vOcs水溶液的传质模型。并用模型预测了料液浓度、膜下游压力和膜中吸附剂等因素对膜渗透通量的影响趋势。y本研究建立了完善的渗透蒸发实验装置和苯／水和氯仿／水物系的浓度分析方法

7、，而后研究了硅橡胶膜从水溶液中脱除苯和氯仿的渗透蒸发性能以及旨在提高硅橡胶膜强度的填充膜的渗透蒸发性能。所研制的渗透蒸发膜可将水溶液中苯的浓度由O．4～1．O×lO飞g．kg。1浓缩至8D～90吼％，氯仿的浓度由2．O～3．0×100kg．k一浓缩至90～98、】l，t％，其实验值高于国外的文献值。考察丁料液浓度、料液温度、料液雷诺数和膜下游压力等因素对膜渗透蒸发性能的影响。随着料液浓度的增加，有机物组分的渗透通量呈线性显著地增加，而水的渗透通量却缓慢地降低；渗透通量随料液温度的升高呈指数增加，可以很好地符合Ⅲle

8、嘶us方程．疗俨1“”，而分离因子却逐渐降低；随着料液雷诺数的增加，有机物组分渗透通量里线性增加，水渗透通量稍有降低，分离因子在逐渐升高；随着膜的下游√关键词渗透蒸发氯仿＼／7√硅橡胶膜水溶液、。7II。／VOCs苯传质模型溶胀￡，，鬻帮一一一一一一～一一一一一一一一ABSTRACTThem函orcon_【aminaIltsinindustrialwaste