ZIF-8/PDMS渗透汽化膜的制备与应用
发布时间：2021-03-08 13:24
生物丁醇作为一种可再生能源,具有十分广阔的应用前景。目前采用生物发酵法生产生物丁醇得到的是它的低浓度水溶液,如何将丁醇高效分离提纯是生物丁醇产业化应用必须解决的一个关键问题。渗透汽化是分离液体混合物的一种绿色、高效的膜分离技术,它十分适合丁醇/水体系的分离过程。要实现这个过程,核心就是渗透汽化膜的制备与应用。与传统单纯的有机膜、无机膜相比,混合基质膜兼有二者的优势因而被广泛关注和研究。本课题采用聚二甲基硅氧烷（PDMS）为有机膜材料,它具有疏水性好,成膜性能优异的特点。同时鉴于新型MOF材料ZIF-8比表面积大、表面疏水性强,对丁醇/水体系具有很好的吸附选择性,本课题将ZIF-8填充到PDMS中制备PDMS/ZIF-8混合基质膜,实现两种材料的优势互补进一步提升PDMS膜的渗透汽化性能。首先,采用氨水法成功合成了晶体结构正确ZIF-8晶体,FTIR、XRD及BET表征分别反映了 ZIF-8正确的分子结构、晶体结构和孔道特征。之后采用物理共混的方法制备了一系列填充量的混合基质膜,膜的疏水性能有一定提升,填充量为9wt%时,接触角由纯膜的108.18°提升至114.36°。渗透汽化性能测试...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１４渗透汽化原理示意图??Ｆｉｕｒｅ?１－４?Ｔｈｅ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｏｆｅｒｖａｏｒａｔｉｏｎ??
化膜这层屏障，透过膜后渗透组分汽化为气体状态，之后再进一步对其进行冷凝收集??达到分离纯化某一组分的目的。有关渗透汽化的机理问题，目前被广泛认可的是溶解??扩散模型，该模型的原理示意图如图１－４。该模型认为渗透汽化的传质过程要经过三??个主要阶段：首先，在原料一侧，原料中的挥发性组分吸附到膜表面并溶解进入膜材??料之中；其次，溶解进入膜中的组分在膜两侧化学势差的推动下向渗透侧逐步扩散；??最后，在膜的渗透侧溶解进入膜中的组分解吸、汽化［２４，２５］。在整个过程中，渗透汽化??的选择性主要体现在吸附选择性和扩散选择性两方面，这两个方面共同影响起到对被??分离物质的选择性富集作用。吸附选择性与膜材料与被分离组分之间的亲和性有关，??如疏水材料优先吸附非极性、弱极性物质，对极性物质亲和性弱，反之亦然。扩散选??择性则与膜材料的内部结构（如孔道、致密程度）以及被分离组分的性质（如分子大??小、分子形状）相关。??原料侧吸附一＾扩散一＞?解吸一＾渗透侧??液相丨?膜相?Ｉ?气相??？?＾??圓?Ｉ??图１４渗透汽化原理示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１－４?Ｔｈｅ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｏｆ?ｐｅｒｖａｐｏｒａｔｉｏｎ??对于ＡＢＥ发酵液，采用渗透汽化分离丁醇的工艺流程示意图如图１－５所示，整套??渗透汽化分离装置可以大致分为原料侧、渗透侧两个部分。在原料侧
Ｍ—Ｉｔｎ—Ｍ?Ｓｉ—Ｏ—Ｓｉ??图１＿７?（ａ）ＺＩＦ材料常见配体，（ｂ）咪唑配位键Ｍ－Ｉｍ－Ｍ键角??Ｆｉｇｕｒｅ?１－７?（ａ）?ｓｏｍｅ?ｃｏｍｍｏｎ?ｏｒｇａｎｉｃ?ｌｉｇａｎｄ?ｏｆ?ＺＩＦ，?（ｂ）?ｂｏｎｄ?ａｎｇｌｅ?ｏｆ?Ｍ－Ｉｍ－Ｍ??本课题采用的填充材料为ＺＩＦ－８?（系统名称：链－二｛抑－［２－甲基咪唑－Ｎ，Ｎ’］丨合锌，??分子式Ｚｎ（Ｉｍｉｍ）２），它是ＺＩＦ材料的一个典型代表。ＺＩＦ－８由过渡金属Ｚｎ与２－甲基咪??挫（２－Ｈｍｉｍ）配位结合形成。如图１－８所示，一个Ｚｎ２＋可以连接四个２－Ｈｍｉｍ，１个??２－Ｈｍｉｍ连接２个Ｚｎ２＋，如此重复延伸形成桥联链配合物。ＺＩＦ－８的晶胞是由６个四变??形与８个六边形构成的十四面体，该晶胞进一步堆积形成类沸石的ＳＯＤ拓扑结构。??ＺＩＦ－８除了具有ＭＯＦ材料所共有的特性外，还具有它本身所特有的性质。首先是??它的热稳定性、化学稳定性都很强
本文编号：3071120
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１４渗透汽化原理示意图??Ｆｉｕｒｅ?１－４?Ｔｈｅ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｏｆｅｒｖａｏｒａｔｉｏｎ??
化膜这层屏障，透过膜后渗透组分汽化为气体状态，之后再进一步对其进行冷凝收集??达到分离纯化某一组分的目的。有关渗透汽化的机理问题，目前被广泛认可的是溶解??扩散模型，该模型的原理示意图如图１－４。该模型认为渗透汽化的传质过程要经过三??个主要阶段：首先，在原料一侧，原料中的挥发性组分吸附到膜表面并溶解进入膜材??料之中；其次，溶解进入膜中的组分在膜两侧化学势差的推动下向渗透侧逐步扩散；??最后，在膜的渗透侧溶解进入膜中的组分解吸、汽化［２４，２５］。在整个过程中，渗透汽化??的选择性主要体现在吸附选择性和扩散选择性两方面，这两个方面共同影响起到对被??分离物质的选择性富集作用。吸附选择性与膜材料与被分离组分之间的亲和性有关，??如疏水材料优先吸附非极性、弱极性物质，对极性物质亲和性弱，反之亦然。扩散选??择性则与膜材料的内部结构（如孔道、致密程度）以及被分离组分的性质（如分子大??小、分子形状）相关。??原料侧吸附一＾扩散一＞?解吸一＾渗透侧??液相丨?膜相?Ｉ?气相??？?＾??圓?Ｉ??图１４渗透汽化原理示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１－４?Ｔｈｅ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｏｆ?ｐｅｒｖａｐｏｒａｔｉｏｎ??对于ＡＢＥ发酵液，采用渗透汽化分离丁醇的工艺流程示意图如图１－５所示，整套??渗透汽化分离装置可以大致分为原料侧、渗透侧两个部分。在原料侧
Ｍ—Ｉｔｎ—Ｍ?Ｓｉ—Ｏ—Ｓｉ??图１＿７?（ａ）ＺＩＦ材料常见配体，（ｂ）咪唑配位键Ｍ－Ｉｍ－Ｍ键角??Ｆｉｇｕｒｅ?１－７?（ａ）?ｓｏｍｅ?ｃｏｍｍｏｎ?ｏｒｇａｎｉｃ?ｌｉｇａｎｄ?ｏｆ?ＺＩＦ，?（ｂ）?ｂｏｎｄ?ａｎｇｌｅ?ｏｆ?Ｍ－Ｉｍ－Ｍ??本课题采用的填充材料为ＺＩＦ－８?（系统名称：链－二｛抑－［２－甲基咪唑－Ｎ，Ｎ’］丨合锌，??分子式Ｚｎ（Ｉｍｉｍ）２），它是ＺＩＦ材料的一个典型代表。ＺＩＦ－８由过渡金属Ｚｎ与２－甲基咪??挫（２－Ｈｍｉｍ）配位结合形成。如图１－８所示，一个Ｚｎ２＋可以连接四个２－Ｈｍｉｍ，１个??２－Ｈｍｉｍ连接２个Ｚｎ２＋，如此重复延伸形成桥联链配合物。ＺＩＦ－８的晶胞是由６个四变??形与８个六边形构成的十四面体，该晶胞进一步堆积形成类沸石的ＳＯＤ拓扑结构。??ＺＩＦ－８除了具有ＭＯＦ材料所共有的特性外，还具有它本身所特有的性质。首先是??它的热稳定性、化学稳定性都很强
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