【摘要】：滲透蒸發(fā)(Pervaporation,PV)作為一種液體有機(jī)混合物分離的新型技術(shù),具有節(jié)能高效、綠色低碳、易于放大等優(yōu)點(diǎn),具有廣闊的應(yīng)用前景。開(kāi)發(fā)高性能膜材料是降低成本、實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵。本文以強(qiáng)化汽油脫硫性能與優(yōu)化滲透蒸發(fā)過(guò)程為研究目標(biāo),通過(guò)中空多孔材料在雜化膜內(nèi)構(gòu)筑傳質(zhì)通道,調(diào)控高分子-多孔材料界面形態(tài)和膜自由體積特性,協(xié)同強(qiáng)化溶解與擴(kuò)散過(guò)程,提高雜化膜分離性能,為高性能汽油脫硫膜的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用提供理論指導(dǎo)與技術(shù)支持。1.將具有多孔結(jié)構(gòu)的氨基化有機(jī)硅納米管(AM-NT(NH_2))填充到聚醚共聚酰胺(Pebax)基質(zhì)中制備雜化膜。具有高縱橫比的AM-NT(NH_2)能有效干擾高分子鏈段的排布,降低膜結(jié)晶度,提高膜自由體積分?jǐn)?shù)。同時(shí),AM-NT(NH_2)表面氨基與Pebax之間形成氫鍵作用,提高填充劑與高分子界面相容性,改善界面形貌。AM-NT(NH_2)內(nèi)直徑為6nm的內(nèi)腔為滲透分子傳遞提供了快速傳質(zhì)通道,其壁面大量直徑為1.6nm的孔道利于滲透分子進(jìn)入內(nèi)腔。當(dāng)納米管填充量為2wt.%,雜化膜滲透通量與富集因子分別為19.0 kg/(m~2h)和5.5,比Pebax純膜分別提高了66.8%和11.7%。2.將直徑為350 nm和200 nm的單晶中空silicalite-1分子篩(HS-1)填充到Pebax基質(zhì)中制備雜化膜。高填充量且分散均勻的HS-1有效干擾了Pebax鏈段排布,增強(qiáng)鏈段運(yùn)動(dòng)性,降低膜結(jié)晶度,增加自由體積分?jǐn)?shù)。HS-1壁面孔道的篩分作用提高了雜化膜的滲透選擇性,其中空結(jié)構(gòu)降低滲透分子傳質(zhì)阻力并縮短了傳質(zhì)路徑,提高了雜化膜的滲透通量。小尺寸HS-1具有更大的比表面積,能更大程度上提高雜化膜分離性能。當(dāng)HS-1(200)填充量為20 wt.%,雜化膜滲透通量與富集因子分別為20.6 kg/(m~2h)和6.1,比Pebax純膜分別提高了82.0%和22.7%。3.將Pebax-AM-NT(NH_2)和Pebax-HS-1雜化材料涂覆到中空纖維支撐層,制備出能夠?qū)崿F(xiàn)更高填充密度的中空纖維復(fù)合膜。通過(guò)制備條件優(yōu)化,Pebax-HS-1(200)-20/PVDF中空纖維雜化復(fù)合膜表現(xiàn)了較好的分離性能(滲透通量為9.73kg/(m~2h)和富集因子為6.1)和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。雖然該中空纖維雜化復(fù)合膜分離性能低于相應(yīng)的平板雜化膜,但其滲透系數(shù)遠(yuǎn)大于平板雜化膜,證明該中空纖維雜化復(fù)合膜具有良好的應(yīng)用前景。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ051.893
【圖文】：

圖 1-1 基于溶解擴(kuò)散理論的滲透蒸發(fā)傳質(zhì)機(jī)理示意圖diagram of the mass transfer mechanism of pervaporatioand diffusion theory

圖 1-2 滲透蒸發(fā)分離的有機(jī)混合物分類Fig. 1-2. Classification of organic mixtures separated by pervaporation極性與非極性混合物分離

圖 2-1 吸附溶脹實(shí)驗(yàn)裝置示意圖. 2-1. Schematic diagram of sorption and swelling experimental appa1-密封玻璃管 2-玻璃冷阱 3-干燥塔 4-緩沖器 5-真空泵

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本文編號(hào)：2799921