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温度感应型智能PVDF膜的制备及其性能研究

作　者: 陈仁菊
导　师: 肖凯军
学　校: 华南理工大学
专　业: 制糖工程
关键词: 温度响应智能膜聚偏氟乙烯膜吸收器二氧化碳传质
分类号: TQ028.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

膜分离技术是一种经济环保高效的新型的分离技术,而智能膜材料具有响应环境的智能型特点,成为膜分离技术应用研究的热点领域。温度感应型智能膜是一种新型膜材料,在外界温度变化时,膜能够响应外界温度的改变,膜的结构与性能发生相应的有规律的变化,在可控释放、智能控制等方面具有广泛的应用。本文研究了接枝法制备智能复合膜和相变法制备智能膜的工艺参数,研究两种工艺条件下的微观结构、膜分离特及其温度响应特性,并首次利用温度响应智能膜开展纳米孔径吸收二氧化碳气体的吸收、传质等特性的研究,建立相关数学模型。本论文研究的主要内容和结果如下:1.开展碱改性-接枝法制备温度响应聚偏氟乙烯（PVDF）复合膜的制备工艺的研究。首先对PVDF平板膜进行强碱改性,然后采用接枝法引入PNIPAM单体,研究不同交联剂浓度、温度对膜性能的影响,制备出具备温度响应特性的智能膜。红外光谱分析结果显示已经接枝上了温敏基团,实验结果表明最佳工艺条件为:交联剂（MBAA）浓度0.02mol/L,接枝率7%,交联反应温度50℃⁶0℃。2.进行相转变法制备温度响应的PVDF膜的研究。用强碱和接枝方法对PVDF粉末进行改性,通过相变法制备出具备温度响应特性的智能膜。研究了单体浓度、交联剂浓度、溶剂种类、凝固浴组成对其温度响应特性的影响。结果表明较理想的工艺流程参数为:交联反应的温度60℃,单体浓度12%¹4%,凝固浴中乙醇与水的体积比为3:7,溶剂中N,N-二甲基甲酰胺与二甲基亚砜按1:1混合。对其性能的研究发现,其具备较好的选择透过性、耐污染性、温度响应性等。3.研究具有温度感应特性的PVDF中空纤维膜吸收器对二氧化碳的吸收特性和传质规律。采用碱改性-接枝法制备出的的智能膜材料,加工成膜组件制备成温度感应型中空纤维膜吸收器。以二氧化碳为温室效应的代表气体,以NaOH为吸收液,膜吸收器较佳的工艺参数为:吸收液浓度为0.4mol/L,吸收液流量为16L/h,气体流量为250L/h,操作温度为室温25℃,气液两相相对流动方式采用逆流方式。此时,二氧化碳的吸收率接近100%。而对二氧化碳气体吸收过程中传质的研究得出,总传质系数在KG = 17.5²6.3×10⁶ mol·m^-3·s^-1·kPa^-1,和传质通量N_CO₂ =3.8⁷.6×10⁵ mol·m·s^-1·L^-1。结合影响智能膜吸收器对二氧化碳吸收率及传质系数的主要因素（气体流量、吸收液流量、温度、吸收液浓度等）,建立相关的数学模型。建立的数学模型能较好的描述了各相关因素的影响,且影响因素的大小顺序如下:吸收液浓度>吸收液流量>温度>二氧化碳气体流量。关于二氧化碳吸收率的回归方方程:关于总传质系数的回归方程:关于二氧化碳传质通量的回归方程:

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第一章绪论  12-24
  1.1 智能膜的概念  12
  1.2 智能膜的分类  12-14
    1.2.1 智能膜的分类方法  12-13
    1.2.2 智能膜环境响应特性原理及应用  13-14
  1.3 温控型智能膜  14-18
    1.3.1 温控型智能膜的制备材料  15
    1.3.2 温控型智能膜的制备方法  15-16
    1.3.3 温控型智能膜的应用领域  16-17
    1.3.4 温控型智能膜的研究进展  17-18
    1.3.5 温控型智能膜研究前景展望  18
  1.4 PVDF 智能膜主要制备方法  18-19
  1.5 温控型智能膜吸收二氧化碳的研究  19-22
    1.5.1 温室气体与膜吸收法  19-20
    1.5.2 膜法吸收二氧化碳的技术原理  20-21
    1.5.3 膜吸收技术的特点  21
    1.5.4 膜分离法吸收 CO_2 技术的研究现状  21-22
  1.6 课题提出的目的和意义  22-23
  1.7 课题研究的内容  23-24
第二章接枝法制备温度响应型PVDF 复合膜的研究  24-45
  2.1 材料与设备  24-25
    2.1.1 材料与试剂  24-25
    2.1.2 主要仪器与设备  25
  2.2 实验部分  25-29
    2.2.1 温控型智能膜制备流程  25-26
    2.2.2 膜通量的测试方法  26
    2.2.3 接枝率的测试方法  26-27
    2.2.4 LCST 测试方法  27
    2.2.5 截留率的测定方法  27-29
    2.2.6 红外光谱分析进行成分表征  29
    2.2.7 扫描电镜进行外观表征分析  29
  2.3 结果与分析  29-44
    2.3.1 接枝PVDF 复合膜制备工艺的研究  29-38
    2.3.2 接枝PVDF 复合膜的表征  38-44
  2.4 本章小结  44-45
第三章改性-相变法制备温度响应型PVDF 膜的研究  45-59
  3.1 材料与设备  46-47
    3.1.1 材料与试剂  46
    3.1.2 主要仪器与设备  46-47
  3.2 实验方法  47-48
    3.2.1 改性-相变法制备温控型智能膜  47
    3.2.2 膜的截留率的测试  47
    3.2.3 膜扫描电镜分析  47
    3.2.4 水通量测试  47-48
  3.3 实验结果分析  48-57
    3.3.1 单体浓度对膜的温度响应特性的影响  48-49
    3.3.2 不同溶剂制备PVDF 膜的结构和温度响应性  49-52
    3.3.3 不同凝固浴制备PVDF 膜的结构和温度响应性  52-56
    3.3.4 反应温度对膜的温度响应性影响  56-57
  3.4 本章小结  57-59
第四章智能膜吸收二氧化碳的研究  59-77
  4.1 材料与仪器  59-60
    4.1.1 材料与试剂  59
    4.1.2 主要仪器与设备  59-60
  4.2 实验方法  60-64
    4.2.1 实验流程  60-61
    4.2.2 CO_2 吸收率分析方法  61-62
    4.2.3 CO_2 的吸收效率计算方法  62-63
    4.2.4 动力学方程的建立及传质系数的计算  63-64
  4.3 结果与分析  64-75
    4.3.1 温度对膜吸收器CO_2 吸收率的影响  64-65
    4.3.2 吸收液浓度对温度感应型膜吸收器CO_2 吸收率的影响  65-66
    4.3.3 吸收液流量对CO_2 吸收效率的影响  66-67
    4.3.4 CO_2 流量对膜吸收器二氧化碳吸收效率的影响  67-68
    4.3.5 气液相对流动方式对膜吸收器CO_2 吸收率的影响  68-69
    4.3.6 膜吸收器传质规律的研究  69-73
    4.3.7 数学模型的建立及分析  73-75
  4.4 本章小结  75-77
结论与展望  77-80
  一、结论  77-78
  二、本论文的主要创新点  78-79
  三、展望  79-80
参考文献  80-85
攻读硕士学位期间取得的研究成果  85-86
致谢  86-87
附件  87

温度感应型智能PVDF膜的制备及其性能研究

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