多孔材料填充聚二甲基硅氧烷制備混合基質膜滲透汽化分離醇水溶液性能研究.pdf

1、傳統(tǒng)化石燃料的大量燃燒給環(huán)境帶來了沉重的負擔，生物燃料成為了人們關注的焦點。膜滲透汽化(PV)技術具有能耗低、可連續(xù)化操作、無需引入新化學物質、環(huán)保等優(yōu)點，可用于分離提純生物燃料。滲透汽化膜材料的研發(fā)成為了該技術進一步發(fā)展的突破口，純有機膜的選擇性和滲透性之間的trade-off效應使得其發(fā)展受到了限制，混合基質膜結合了填充材料和有機聚合物的雙重優(yōu)勢，備受研究者關注。
　　分別采用多孔材料ZIF-8和ZSM-5填充聚二甲基硅氧烷(

2、PDMS)，并以聚醚酰亞胺(PEI)為支撐層，制備混合基質膜，滲透汽化分離乙醇溶液，研究填充量和操作條件對膜性能的影響;對滲透汽化過程進行傳質分析，并建立傳質數群關聯式;用正辛基三乙氧基硅烷(OTES)分別對ZIF-8和ZSM-5進行表面包覆改性，制備改性混合基質膜，研究其滲透汽化分離乙醇溶液性能;用改性ZIF-8混合基質膜，滲透汽化分離丁醇溶液，研究填充量和操作條件對膜性能的影響。
　　ZIF-8和ZSM-5混合基質膜PV分離乙

3、醇溶液性能的研究表明，ZIF-8和ZSM-5填充PDMS均能較好改善膜的滲透汽化性能，且在一定填充范圍內，膜滲透性和選擇性同時提高，ZIF-8和ZSM-5的填充量為10％時混合基質膜綜合性能達到最佳，分離因子分別上升了18％和24.75％，滲透通量分別提高了54.75％和76.41％;ZSM-5混合基質膜的滲透汽化性能優(yōu)于ZIF-8混合基質膜。
　　操作條件對混合基質膜滲透汽化性能影響研究發(fā)現，料液溫度、濃度以及流速上升均能促進滲

4、透汽化傳質過程，多孔材料的填充增強了膜對溫度的敏感程度;溫度上升膜對醇的選擇性變大，而流速對選擇性幾乎無影響;隨料液濃度的增加，乙醇溶液的分離因子先增加后較小，而丁醇溶液的分離因子持續(xù)變大。對膜傳質過程分析發(fā)現，多孔材料的填充使膜相傳質系數得到了大幅提高，10％ZIF-8和ZSM-5填充PDMS時，膜相傳質系數分別為未填充的5.14倍和8.42倍;建立了傳質數群關聯式，獲得了液相傳質系數和Re關系式，計算值與實測值基本吻合。