共聚物滲透汽化膜的制備、結構及分離水中微量有機物性能的研究.pdf

1、為提高滲透汽化膜的分離性能、成膜性、熱穩(wěn)定性以及強度等綜合性能,共聚物滲透汽化膜材料已開始引起人們的關注.與均聚合物相比較,共聚物具有復雜的鏈結構和聚集態(tài)結構,兩者共同決定了共聚物膜的滲透汽化性能.本文從共聚物膜材料的結構和分離性能出發(fā),選擇和合成了常溫下力學形為不同的共聚物,即橡膠態(tài)共聚物HTPB-PU和HTPB-DVB-PU,部分結晶共聚物EVA和玻璃態(tài)共聚物PTET-60,制備出相應的滲透汽化分離膜,進而考察各類共聚物膜的結構、滲

2、透汽化性能及其分離機理. 1.橡膠態(tài)共聚物合成了端羥基聚丁二烯(HTPB)基聚氨酯(脲),(HTPB-PU)并制得相應的滲透汽化膜,用于分離水中微量的乙酸乙酯.實驗研究了HTPB數(shù)均分子量、料液濃度、料液溫度和膜厚對滲透汽化性能的影響.HTPB-PU膜具有很好的優(yōu)先從水中分離乙酸乙酯的性能,并具有較高的分離因子和通量.DSC研究結果表明,該膜存在兩個玻璃化轉(zhuǎn)變溫度;透射電鏡圖像顯示明暗相間的微區(qū).可見,該膜具有微相分離結構.表面

3、接觸角實驗結果顯示,成膜時膜的空氣接觸面比玻璃接觸面具有更大的接觸角,即空氣面更疏水.這歸結于疏水的聚丁二烯鏈段和親水的氨基甲酸酯(脲)鏈段分別向空氣和玻璃表面遷移的結果.進而,滲透汽化性能結果顯示,膜的空氣接觸面對料液比玻璃接觸面對料液具有更高的分離因子和通量. 采用疏水性交聯(lián)劑DVB合成了新型的交聯(lián)網(wǎng)絡膜HTPB-DVB-PU.并制得相應的滲透汽化膜,用于分離水中微量的乙酸乙酯.當料液濃度為2.5 wt時,該膜呈現(xiàn)很強的優(yōu)先

4、滲透乙酸乙酯的性能,隨DVB用量的增加分離因子增加,通量稍微下降. 當膜厚為100微米時,分離因子和通量分別可達656和253 g/m<'2>h,均比HTPB-PU膜高.HTPB-DVB-PU膜材料只存在一個T<,g>, 表明HTPB-DVB-PU中的親水鏈段沒有形成較大的微區(qū).而且膜的空氣和玻璃兩側面接觸角之差隨著DVB含量的增加也逐漸消失,即膜的均一性增加.可見,在HTPB-DVB-PU膜中小的親水PU相尺寸具有更佳的滲透汽化性能.

5、其分離過程主要由吸附過程控制;膜的密度更小,因而溶漲度比較大,通量高;HTPB-DVB-PU膜的溫度敏感性小于HTPB-PU膜. 2.結晶態(tài)共聚物選用了可部分結晶的EvA共聚物,考察了EVA共聚物的組成和成膜技術對分離水中微量乙酸乙酯性能的影響.發(fā)現(xiàn)EVA膜的滲透汽化性能、溶脹行為和膜的聚集行為如結晶度、密度和接觸角等與組成密切相關. 30℃時,38 wt﹪ VA含量的EVA(EVA38)膜具有最佳的分離性能,分離因子和乙酸乙酯

6、通量分別達118和543 g/m<'2>h.同時,還發(fā)現(xiàn)EVA膜的滲透汽化性能,溶脹度和擴散選擇性在VA鏈段含量為38 wt﹪時都出現(xiàn)轉(zhuǎn)折現(xiàn)象.EVA膜的聚集態(tài)結構如結晶度,表面接觸角和膜密度隨VA含量的變化趨勢在EVA38處出也出現(xiàn)轉(zhuǎn)折現(xiàn)象.實驗還進一步考察了三種鑄膜溶劑,氯仿(CF)、1,2-二氯乙烷(DCE)和環(huán)己烷(CYH)對EVA38在溶液中的鏈形態(tài)、本體中聚集態(tài)以及對膜的滲透汽化性能影響.研究發(fā)現(xiàn),不僅三種EVA38溶液性質(zhì)

7、、即特性粘數(shù)[η]和相互作用常數(shù)K<,H>不同,而且其本體膜的滲透汽化性能、平衡溶漲度、吸附選擇性、廣角X射線衍射圖和表面接觸角等也存在明顯差異.提出了由不同選擇性溶劑CF、DCE和CYH所得EVA膜呈現(xiàn)不同聚集結構的模型.認為由CF所得EVA38膜中,VA鏈段和乙烯鏈段呈無序均一分布的結構,而由:DCE和CYH分別所得EVA38膜,分別呈現(xiàn)兩種微相分離的核殼結構.并得出了EVA38膜的PV性能與其聚集態(tài)結構的關系為,VA鏈段和乙烯鏈段

8、都呈無序均一分布結構>乙烯鏈段為核VA鏈段為殼的核殼結構>VA鏈段乙烯為殼的的核殼結構.這種聚集態(tài)結構的差異隨熱處理條件增強逐漸減弱.在80℃熱處理約12小時后完全消失. 3.玻璃態(tài)共聚物合成了不同組成的聚對苯二甲酸丙二醇-乙二醇芳香性共縮聚酯(PTET).廣角X射線衍射分析發(fā)現(xiàn)當丙二醇含量為60wt﹪時,即PTET-60為非晶態(tài)的無定形共聚物.采用稀溶液粘度法研究了PTET-60和醋酸纖維素(CA)共混物的相容性.發(fā)現(xiàn)共混膜中

9、PTET-60含量(W<,PTET-60>)小于0.35和大于0.5時兩者相容,當W<,PTE-60>在0.35～0.50區(qū)間時則不相容.在PTET-60CA相容區(qū)(W<,PEET-60>≤0.35)內(nèi),P<,TET-60>CA共混物成膜性好,并用于水脫乙酸乙酯分離.純CA膜是水優(yōu)先透過膜,但W<,PTET-60>為0.1的PTET-60CA共混膜則為乙酸乙酯優(yōu)先透過膜,而且通量在W<,PTET-60>為0.25時出現(xiàn)最小值,分離因子出