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渗透汽化透醇膜制备及乙醇/水体系的分离研究

作　者: 施璇
导　师: 顾瑾
学　校: 江南大学
专　业: 化学工艺
关键词: 渗透汽化 PDMS PEBA silicalite-1微粒 乙醇/水体系
分类号: TQ028.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 329次
引　用: 5次
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内容摘要


在生物发酵制备燃料乙醇的过程中,需要将发酵液中的低浓度乙醇及时分离出来,以维持发酵的连续进行。传统的分离方法主要为蒸馏法,能耗较高、投资大、经济效益低等不足。渗透汽化是一种新型的膜分离技术,在分离恒沸物、近沸物和共沸物等体系具有特别的优势,在低浓度乙醇水溶液的分离中也有着广泛的应用前景。本文制备了疏水性silicalite-1颗粒,测定了其粒径分布,结果表明:合成的silicalite-1微粒的粒径为0.973μm。首先考察了聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜的优化条件及渗透汽化分离乙醇/水体系的性能研究。然后以聚丙烯腈(PAN)超滤膜作为支撑层,将silicalite-1颗粒与PDMS和聚醚嵌段聚酰胺(PEBA)共混后,分别制备了填充疏水性silicalite-1微粒的PDMS平板复合膜(PDMS/silicalite-1)以及PEBA平板复合膜(PEBA/silicalite-1)。利用PDMS/silicalite-1复合膜对低浓度乙醇/水溶液进行了渗透汽化分离实验。考察了silicalite-1质量百分含量、料液温度以及浓度对渗透汽化性能的影响。实验结果表明: PDMS/silicalite-1膜分离乙醇/水体系的渗透汽化性能明显优于纯PDMS膜。随着膜内silicalite-1质量百分含量的增加,渗透通量先上升而后下降,在添加量达到2wt%时,渗透通量和透过液中乙醇浓度均达到最大值,分别为1645g/m2h,30.3wt%。随着温度的升高,渗透通量与分离因子皆呈上升趋势,而且温度与渗透通量的关系符合Arrhenius方程;随着料液浓度的增加,渗透通量逐渐增大,而分离因子则先缓慢增加,最后基本保持不变。利用PEBA/silicalite-1复合膜对低浓度乙醇/水溶液进行了渗透汽化分离实验。考察了silicalite-1质量百分含量、料液温度以及浓度对填充的PEBA膜渗透汽化性能的影响。实验结果表明,以上三个因素对PEBA膜的影响趋势与PDMS膜基本相同。虽然PEBA/silicalite-1膜在渗透通量和分离因子上均比PEBA膜有很大的改善,但是不论渗透通量还是分离因子,PDMS膜均优于PEBA膜。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章 绪论  8-23
  1.1 课题背景  8-11
    1.1.1 燃料乙醇的概念  8
    1.1.2 燃料乙醇的国内外研究现状  8-10
    1.1.3 渗透汽化法应用于制备燃料乙醇的意义  10-11
  1.2 渗透汽化技术  11-14
    1.2.1 渗透汽化简介  11
    1.2.2 渗透汽化过程的基本原理与传质机理  11-13
    1.2.3 渗透汽化分离性能的影响因素  13-14
  1.3 渗透汽化膜  14-19
    1.3.1 渗透汽化膜的分类及制备  14
    1.3.2 渗透汽化膜材料的选择原则  14-16
    1.3.3 水脱有机物渗透汽化膜的研究现状  16-19
  1.4 填充型渗透汽化膜概述  19-21
    1.4.1 填充型渗透汽化膜研究背景  19
    1.4.2 渗透汽化填充膜分类  19
    1.4.3 各种填充剂特性及其在渗透汽化膜中的作用  19-20
    1.4.4 填充型渗透汽化膜渗透汽化性能研究  20-21
  1.5 课题研究工作的提出及研究方案  21-23
第二章 实验部分  23-28
  2.1 原料和设备  23
    2.1.1 主要原料  23
    2.1.2 主要设备  23
  2.2 silicalite-1 微粒的制备及表征  23-24
    2.2.1 silicalite-1 微粒的制备  23-24
    2.2.2 silicalite-1 微粒的表征  24
  2.3 渗透汽化膜的制备及表征  24-25
    2.3.1 PDMS/PAN 复合膜的制备  24-25
    2.3.2 PDMS/silicalite-1 填充膜的制备及表征  25
    2.3.3 填充了silicalite-1 微粒的PEBA 膜的制备  25
  2.4 膜的吸附性能测试  25-26
    2.4.1 操作  25
    2.4.2 计算  25-26
  2.5 渗透汽化实验装置及测试  26-28
    2.5.1 装置  26
    2.5.2 渗透汽化性能计算方法  26-27
    2.5.3 膜性能的测试  27-28
第三章 PDMS/PAN 复合膜渗透汽化性能研究  28-36
  3.1 引言  28-29
  3.2 PDMS 复合膜的渗透汽化性能  29-35
    3.2.1 交联温度对PDMS 复合膜渗透汽化性能的影响  29-30
    3.2.2 交联时间对PDMS 复合膜渗透汽化性能的影响  30-31
    3.2.3 操作温度对PDMS 复合膜渗透汽化性能的影响  31-33
    3.2.4 料液浓度对PDMS 复合膜渗透汽化性能的影响  33-35
  3.3 本章小结  35-36
第四章 PDMS/silicalite-1 复合膜渗透汽化性能研究  36-46
  4.1 引言  36
  4.2 silicalite-1 微粒的表征结果分析  36-38
    4.2.1 silicalite-1 微粒的XRD 图  36-37
    4.2.2 silicalite-1 微粒的粒径分析图  37
    4.2.3 silicalite-1 微粒的SEM 图  37-38
  4.3 PDMS/silicalite-1 复合膜渗透汽化性能研究  38-45
    4.3.1 PDMS/silicalite-1 复合膜的SEM 图  38-39
    4.3.2 silicalite-1 填充量对膜渗透汽化性能的影响  39-40
    4.3.3 料液温度对填充膜渗透汽化性能的影响  40-43
    4.3.4 料液浓度对填充膜渗透汽化性能的影响  43-45
  4.4 本章小结  45-46
第五章 PEBA /silicalite-1 复合膜渗透汽化性能研究  46-53
  5.1 引言  46-47
  5.2 PEBA /silicalite-1 复合膜的溶胀性能  47-48
  5.3 PEBA /silicalite-1 复合膜的渗透汽化性能  48-52
    5.3.1 操作温度对复合膜分离性能的影响  48-50
    5.3.2 料液浓度对复合膜分离性能的影响  50-52
  5.4 本章小结  52-53
第六章 结论与展望  53-55
  6.1 结论  53
  6.2 展望  53-55
致谢  55-56
参考文献  56-63
附录: 作者在攻读硕士学位期间发表的论文  63

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 一般性问题 > 化工过程（物理过程及物理化学过程） > 分离过程 > 新型分离法
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