基于环糊精的渗透汽化膜改性及其苯/环己烷分离特性研究
发布时间：2021-07-01 21:16
渗透汽化是一种环境友好新型分离技术,对近沸和共沸混合物的分离具有独特优势,近年来,苯/环己烷等有机物分离用渗透汽化膜研究备受关注,但如何获得兼具耐溶剂性、较高分离性能的膜材料仍然面临挑战。本文以苯/环己烷分离用渗透汽化膜的开发为目标,基于大环化合物环糊精及其衍生物聚轮烷的特异结构,设计制备了交联改性和共沉积改性渗透汽化膜,对制备条件、膜性能的关系及其分离机制进行了研究。主要研究内容及结论如下:（1）以大环化合物环糊精分子为基体,制备了环糊精交联剂（CD=）和具有滑移特性的聚轮烷交联剂（PR=）;以乙基纤维素（EC）为活性层膜材料,聚偏氟乙烯（PVDF）为支撑层膜材料,制备了EC/PVDF复合膜,并采用CD=、PR=和季戊四醇三丙烯酸酯交联剂（PETA）三种交联剂对膜实现了交联改性,对膜的苯/环己烷分离行为进行了研究。结果表明,交联改性复合膜具有良好的机械性能和热稳定性,交联提高了膜的耐溶剂性;渗透汽化测试结果表明,PR=改性复合膜的性能优于CD=和PETA改性复合膜,PR=改性复合膜的渗透通量达4332g·m-2·h-1,分离系数为6.26,...
【文章来源】：天津工业大学天津市
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
渗透汽化操作过程示意图（a）冷凝抽真空法，（b）载气吹扫法
第一章绪论3学上，它涉及渗透物在膜内的扩散速率，而且不同湍流之间的耦合也会影响各组分渗透[23]。此外，与通过干膜相比，这些渗透组分可能会使膜发生溶胀而改变其微观结构，并明显加快渗透物质在膜内的扩散速率[24,25]，于是人们提出了溶解扩散模型以及其它经过理论补充改进的溶解扩散模型。（1）溶解-扩散模型“溶解-扩散”模型是渗透汽化以及反渗透和气体分离过程中最广泛接受的传质模型[26-29]，它是由Graham[30]在对均质膜气体渗透的广泛研究基础上提出的。渗透组分的溶解-扩散传质模型如图1-2所示，根据溶解-扩散模型，在渗透汽化分离过程中，整个过程分为“溶解-扩散-解吸”三步，当渗透汽化膜与进液料混合物接触时，待分离组分在膜两侧蒸汽压差与浓度差的推动下，被膜选择性吸附溶解，以不同的速度在膜内扩散，在膜下游汽化、解吸，最终实现混合物的分离[31]。图1-2溶解-扩散机制的示意图在溶解-扩散理论模型中，扩散过程是最为关键的步骤，也是速率较慢的一步，而进料液体与膜界面的溶解以及膜汽界面的解吸速度非常快，也就是说渗透汽化过程的速率是由渗透物通过膜的扩散速度来决定的，因此渗透汽化膜的分离性能的提高可以通过提高膜的扩散选择性来实现。mfeed=（1-1）在式（1-1）中，Cm和Cfeed分别代表中物质在膜表面和进料液的浓度，K是在膜和进料液中间的物质的分配系数，这个特性参数取决于该物质与膜之间的相互作用。膜内物质的运输是一个传输速率控制过程，而其在膜内的扩散形式一般由菲克第一定律所决定[30,32,33]。=dmd（1-2）式（1-2）中N是一种物质通过膜的渗透通量，D是物质在膜内的扩散系数，δ是位置变量。通过在膜/进料液和膜/渗透物界面处引入物质的分配系数K，可以将膜表面?
第一章绪论15图1-3环糊精的分子结构式和结构示意图1.6聚轮烷简介随着超分子化学的发展，陆续出现了三代超分子主体分子，它们分别是冠醚、环糊精、杯芳烃，而伴随着环糊精衍生出来的超分子聚轮烷也已经成为超分子化学的一个重要分支。环糊精的空腔选择性使得其有选择性地穿过聚合物分子链，并形成聚轮烷，在聚轮烷上，环糊精分子可以沿着聚合物链自由的旋转和滑动，从而形成一种特殊的结构[93,94]。聚轮烷的合成方法是利用环糊精中央空腔的选择性，先使线性聚乙二醇分子（Mn＜2000）穿过其空腔，形成包结物，然后再用体积较大的基团对分子链进行封端处理，以防止环状分子滑动移出分子链，其制备过程如图1-4所示。图1-4聚轮烷制备过程及结构示意图上世纪90年代，Harada[95,96]等人利用α-环糊精与改性后的聚乙二醇络合，成功制备了聚轮烷，并通过各种表征验证了聚轮烷自移动结构的存在。此后，人们对聚轮烷的研究也来越深入，但是合成思路基本与此方法相同，只是改性方法及封端剂不同，因为以此法合成的聚轮烷具有生物相容性好及原料来源广泛的优
【参考文献】：
期刊论文
[1]环糊精超分子组装体与核酸的相互作用[J]. 陈湧,刘育. 有机化学. 2012(05)
[2]渗透汽化膜分离技术的进展及在石油化工中的应用[J]. 陈翠仙,余立新,祁喜旺,蒋维钧. 膜科学与技术. 1997(03)
[3]渗透蒸发膜的研究现状与发展[J]. 安树旺,刘忠洲. 环境科学丛刊. 1991(05)
[4]渗透汽化研究进展[J]. 陈翠仙,蒋维钧. 现代化工. 1991(04)
硕士论文
[1]环糊精分子管道的制备及其渗透汽化膜性能研究[D]. 李琳玲.浙江大学 2011
本文编号：3259882
【文章来源】：天津工业大学天津市
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
渗透汽化操作过程示意图（a）冷凝抽真空法，（b）载气吹扫法
第一章绪论3学上，它涉及渗透物在膜内的扩散速率，而且不同湍流之间的耦合也会影响各组分渗透[23]。此外，与通过干膜相比，这些渗透组分可能会使膜发生溶胀而改变其微观结构，并明显加快渗透物质在膜内的扩散速率[24,25]，于是人们提出了溶解扩散模型以及其它经过理论补充改进的溶解扩散模型。（1）溶解-扩散模型“溶解-扩散”模型是渗透汽化以及反渗透和气体分离过程中最广泛接受的传质模型[26-29]，它是由Graham[30]在对均质膜气体渗透的广泛研究基础上提出的。渗透组分的溶解-扩散传质模型如图1-2所示，根据溶解-扩散模型，在渗透汽化分离过程中，整个过程分为“溶解-扩散-解吸”三步，当渗透汽化膜与进液料混合物接触时，待分离组分在膜两侧蒸汽压差与浓度差的推动下，被膜选择性吸附溶解，以不同的速度在膜内扩散，在膜下游汽化、解吸，最终实现混合物的分离[31]。图1-2溶解-扩散机制的示意图在溶解-扩散理论模型中，扩散过程是最为关键的步骤，也是速率较慢的一步，而进料液体与膜界面的溶解以及膜汽界面的解吸速度非常快，也就是说渗透汽化过程的速率是由渗透物通过膜的扩散速度来决定的，因此渗透汽化膜的分离性能的提高可以通过提高膜的扩散选择性来实现。mfeed=（1-1）在式（1-1）中，Cm和Cfeed分别代表中物质在膜表面和进料液的浓度，K是在膜和进料液中间的物质的分配系数，这个特性参数取决于该物质与膜之间的相互作用。膜内物质的运输是一个传输速率控制过程，而其在膜内的扩散形式一般由菲克第一定律所决定[30,32,33]。=dmd（1-2）式（1-2）中N是一种物质通过膜的渗透通量，D是物质在膜内的扩散系数，δ是位置变量。通过在膜/进料液和膜/渗透物界面处引入物质的分配系数K，可以将膜表面?
第一章绪论15图1-3环糊精的分子结构式和结构示意图1.6聚轮烷简介随着超分子化学的发展，陆续出现了三代超分子主体分子，它们分别是冠醚、环糊精、杯芳烃，而伴随着环糊精衍生出来的超分子聚轮烷也已经成为超分子化学的一个重要分支。环糊精的空腔选择性使得其有选择性地穿过聚合物分子链，并形成聚轮烷，在聚轮烷上，环糊精分子可以沿着聚合物链自由的旋转和滑动，从而形成一种特殊的结构[93,94]。聚轮烷的合成方法是利用环糊精中央空腔的选择性，先使线性聚乙二醇分子（Mn＜2000）穿过其空腔，形成包结物，然后再用体积较大的基团对分子链进行封端处理，以防止环状分子滑动移出分子链，其制备过程如图1-4所示。图1-4聚轮烷制备过程及结构示意图上世纪90年代，Harada[95,96]等人利用α-环糊精与改性后的聚乙二醇络合，成功制备了聚轮烷，并通过各种表征验证了聚轮烷自移动结构的存在。此后，人们对聚轮烷的研究也来越深入，但是合成思路基本与此方法相同，只是改性方法及封端剂不同，因为以此法合成的聚轮烷具有生物相容性好及原料来源广泛的优
【参考文献】：
期刊论文
[1]环糊精超分子组装体与核酸的相互作用[J]. 陈湧,刘育. 有机化学. 2012(05)
[2]渗透汽化膜分离技术的进展及在石油化工中的应用[J]. 陈翠仙,余立新,祁喜旺,蒋维钧. 膜科学与技术. 1997(03)
[3]渗透蒸发膜的研究现状与发展[J]. 安树旺,刘忠洲. 环境科学丛刊. 1991(05)
[4]渗透汽化研究进展[J]. 陈翠仙,蒋维钧. 现代化工. 1991(04)
硕士论文
[1]环糊精分子管道的制备及其渗透汽化膜性能研究[D]. 李琳玲.浙江大学 2011
本文编号：3259882
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