PEG基混合基质膜制备及脱硫性能研究

发布时间：2020-04-24 10:34

【摘要】：汽油中有机硫燃烧后产生的硫氧化物(SO_X),直接排放会造成严重的大气污染,威胁人类的生存环境。我国油品来源相对较单一,催化裂化(Fluid Catalytic Cracking,FCC)汽油占油品市场的80%左右。因此,脱除FCC汽油中的有机硫化物,生产清洁汽油迫在眉睫。渗透汽化是一种新兴的分离技术,用于脱硫时具有操作条件温和、能耗低、分离效率高可深度脱硫、不损失辛烷值等优点。渗透汽化膜分离技术的核心是渗透汽化膜材料。混合基质膜可将有机膜与无机膜的优点结合起来,发挥协同效应。但传统的混合基质膜由于存在无机粒子团聚及界面缺陷的问题,达不到预期的分离效果。本文选取可溶于水的聚乙二醇(PEG)作为有机膜基体,选取水相合成后不经过干燥处理而是直接分散在水中的SiO_2和ZIF-8作为无机粒子,通过共混的方法(水基工艺),分别制备ZIF-8-PEG/PVDF和Si O_2-PEG/PVDF两种混合基质膜,提高了PEG膜的脱硫性能。本文通过水相合成的方法制备了ZIF-8纳米粒子,将ZIF-8分散液与PEG的水溶液共混制备ZIF-8-PEG/PVDF混合基质膜。采用扫描电子显微镜(SEM),傅立叶红外光谱仪(FT-IR),X射线(XRD),N_2吸脱附等分析表征手段对ZIF-8粒子进行表征;通过SEM,FT-IR等表征手段对所制备混合基质膜进行了系统的表征。研究ZIF-8粒子填充量、操作温度、料液浓度对ZIF-8-PEG/PVDF混合基质膜渗透汽化性能的影响。实验表明,ZIF-8粒子填充量为4%,ZIF-8-PEG/PVDF混合基质膜渗透汽化性能最佳。当料液浓度为200 ppm,操作温度为75℃,4%-ZIF-8-PEG/PVDF混合基质膜渗透通量达1.96 kg/(m~2·h),富硫因子为8.93。与纯PEG膜相比渗透通量和富硫因子分别提高了397%和18.75%。通过水基工艺制备了SiO_2-PEG/PVDF混合基质膜。采用透射电子显微镜(TEM)等分析表征手段对SiO_2粒子进行表征;采用FT-IR,X射线光电子衍射(XPS),SEM对混合基质膜进行了系统的表征。通过渗透汽化实验对所制备的混合基质膜进行脱硫性能评价。考察Si O_2粒子粒径、填充量、操作温度对SiO_2-PEG/PVDF混合基质膜的渗透汽化性能的影响。结果表明,与纯PEG膜相比,填充了SiO_2粒子SiO_2-PEG/PVDF混合基质膜渗透通量显著提高。在SiO_2粒子填充量为1%,料液浓度为200 ppm,温度为75℃时,渗透通量达4.0 kg/(m~2·h),富硫因子为8.93。与纯的PEG膜相比渗透通量和富硫因子分别提高了915%和18.75%。
【图文】：

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图1.1渗透汽化溶解-扩散模型示意图. 1.1 The model of pervaporation dissolving-diffusion th分为三个步骤：进入渗透汽化膜的上游侧，在组分压差的推动

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?ZIF-8-PEG/PVDF 混合基质膜的渗透汽化脱硫性能研究17图2.1 ZIF-8粒子合成示意图Fig.2.1 Schematic of the ZIF-8三、ZIF-8-PEG/PVDF MMMs 的制备图 2.2 为制备 ZIF-8-PEG/PVDF MMMs 的示意图。首先，在烧杯中依次加入含有ZIF-8 粒子的溶液，去离子水和乙醇溶液（水和 ZIF-8 的总质量和乙醇的质量比为 1:1），随后，加入聚乙二醇（PEG）1.5 g（质量分数为 15 %），搅拌使其充分的溶解。然后，加入 0.24 g 顺丁烯二酸酐作为交联剂，，0.045 g 质量分数为 30 %的三甲胺水溶液作为催化剂，室温下搅拌得到铸膜液（其中 PEG 与马来酸酐交联方程式如图 2.3 所示）。最后
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ051.893;TE624.55

【参考文献】