聚电解质络合物中空纤维膜的制备及其杂醇油脱水性能研究

发布时间：2020-08-07 20:12

【摘要】：由于能源短缺问题以及环境污染问题日益严重,可再生能源的开发利用日益受到重视。比如在生物发酵制备乙醇过程中产生的副产物杂醇油就是重要的可再生的清洁能源和化工原料。利用杂醇油可以分离加工出许多重要的精细化工产品,比如杂醇油中的异戊醇是合成香料和中性液晶材料的重要原料,所以需要对杂醇油进行脱水处理,进而精细的分离利用,实现其综合开发利用。渗透汽化是一种高效、节能的膜分离技术,适用于恒沸混合体系的分离。本文从膜结构与材料的设计出发,采用络合-原位有机无机杂化以及络合-磺化的方法制备了高通量和高选择性的中空纤维渗透汽化膜,提高了聚电解质络合物膜在有机物脱水体系的分离选择性、渗透通量以及长期操作稳定性。首先,采用络合-原位有机无机杂化的方法,以聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)-羧甲基纤维素钠(CMCNa)聚电解质络合物(PEC)为膜材料,通过溶胶-凝胶方法引入y-(2.3环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)原位生成二氧化硅(SiO2),获得具有交联结构的PEC/SiO2中空纤维杂化膜。在GPTMS的负载量小于10 wt%时,原位生成的SiO2粒子均匀分散在PEC基体中,创造了传质界面,赋予杂化膜更优的渗透汽化性能。在60 ℃下,杂醇油渗透汽化脱水的通量和透过液含水量分别为1332 g/m2h和99.0 wt%。经过长时间连续操作,杂化膜的通量和选择性能都保持在较高水平,分离性能和稳定性总体优于现有的商用膜PERVAP-1001膜。用自制的膜组件对500g杂醇油料液进行渗透汽化脱水处理,料液中有机物含量由90.0 wt%提升到99.0 wt%。其次,采用络合-磺化的方法,以壳聚糖(CS)-葡聚糖硫酸钠(DSS)聚电解质络合物为膜材料,在PEC中引入磺酸基团,制备了荷负电的聚电解质络合物渗透汽化膜,通过调整磺化试剂的投量比,获得了不同磺化度的渗透汽化膜(SPECM)。随着磺化度的提高,SPECM膜的亲水性增加,接触角达到13°。SPECM对于乙醇水混合体系的分离中(60℃)通量和透过液含水量可以达到1354 g/m2h和99..35 wt%。在此基础之上,为了研究其在工业化应用的可行性,用GPTMS对膜进行了交联,交联后的膜在高水含量条件下保持稳定,拓宽其在不同操作条件的实用性和稳定性。在60℃下,杂醇油渗透汽化脱水的通量和透过液含水量分别为1493 g/m2h和99.3wt%。在经过36h的连续操作之后,1000g杂醇油料液中的有机物含量由90.0 wt%增大到99.0 wt%,且在连续操作过程中相同的料液含水量的情况下其通量始终是在杂化膜的1.3倍以上,透过液含水量也维持在98.5wt%以上。本研究通过络合-原位有机无机杂化以及络合-磺化的方法制备了高通量和高选择性的中空纤维渗透汽化膜,所制备的中空纤维膜在杂醇油的连续渗透汽化脱水中具有高效率,表明其在有机物渗透汽化脱水中具有潜在的应用前景。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ051.893

【参考文献】

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本文编号：2784468