ZIF-67/PEBA杂化膜分离水中乙酸乙酯

为了提升从水溶液中回收乙酸乙酯的渗透汽化分离效率,将疏水ZIF-67颗粒填充到聚醚共聚酰胺(PEBA)中,制备得到ZIF-67/PEBA杂化膜。通过扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、接触角测量、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、热重(TGA)和溶胀度测试等手段对ZIF-67和杂化膜的物理化学性质进行表征,通过渗透汽化实验考察ZIF-67质量分数、进料质量分数和温度对膜分离性能的影响。结果表明ZIF-67与PEBA基质之间为物理共混,杂化膜疏水性增强。随着ZIF-67质量分数的增加,总渗透通量先降低后升高,分离因子先升高后降低,当ZIF-67质量分数为5%时分离因子最高;随着进料质量分数或温度增加,总渗透通量和分离因子均增加,最大总渗透通量为2299g·m~(-2)·h~(-1),最大分离因子为122。研究为渗透汽化技术工业化应用提供了必要的基础数据和理论依据。     

界面聚合法合成聚酰亚胺渗透汽化膜及表征

针对渗透汽化分离二甲基甲酰胺(DMF)和二甲基乙酰胺(DMAc)酰胺类溶剂过程中渗透性和选择性之间此升彼降的矛盾关系(trade-off效应),提出界面聚合薄层PI复合膜的方法。通过均苯四甲酸酐和五氯化磷制备有机相单体均苯四甲酰氯,分别以间苯二胺(MPDA)、丙二胺(DAPE)及己二胺(HMD)为水相单体,采用界面聚合法制备3种耐溶剂型聚酰亚胺(PI)复合膜,并对3种PI复合膜进行表征和渗透汽化分离性能测试。结果表明:3种PI复合膜都具有良好的亲水性、热稳定性;在6种常见的有机溶剂中,保持良好的稳定性;在30～60℃条件下,HMD-PI膜对质量分数90%DMF/H_2O体系和质量分数90%DMAc/H_2O体系的分离因子最高可达12.7和36.8,渗透通量可达1 014和542 g·m~(-2)·h~(-1),具有较好的分离效果。     

ZIF-8/PAAS/PA-SO_3H复合纳滤膜的制备及其性能研究

为了提高ZIF-8层的渗透通量,在自组装过程中添加含有多羧基结构的聚丙烯酸钠(PAAS)制备了ZIF-8/PAAS杂化膜。研究了不同组装层数ZIF-8/PAAS/PA-SO_3H复合纳滤膜的结构组成以及染料分离性能的影响。结果表明:聚丙烯酸钠的添加使得膜的连续性和完整性更好,ZIF-8粒子分散均匀;聚丙烯酸钠中羧基和ZIF-8粒子的配位增强了膜的亲水性,提高了水的渗透性。随着ZIF-8/PAAS组装层数的增加,ZIF-8/PAAS膜的完整性越好,且致密度增加,膜的通量降低,截留率逐渐升高。当组装层数为2层时,膜的通量为87.6 L·m~(-2)·h~(-1),对甲基蓝的截留率达到98.73%。相比于层层自组装法制备的ZIF-8膜通量和截留率得到明显提升。     

均苯型耐酰胺溶剂聚酰亚胺膜渗透汽化性能研究

酰胺类溶剂的分离回收与处理是工业领域中一个亟待解决的重要问题,采用渗透汽化(PV)技术分离该体系时,所采用的高分子膜材料需要有较好的溶胀性和耐久性。采用两步法制备了一种均苯型聚酰亚胺膜,通过测试不同单体配比下制备的膜的溶胀性及拉伸强度考察其耐溶剂性能。研究结果表明:当均苯四甲酸二酐(PMDA)与二氨基二苯醚(ODA)摩尔比为1.018:1时,聚酰亚胺膜的溶胀度在30%以下,拉伸强度损失小于20%;制备的PMDA-ODA/Al_2O_3型复合膜,在40℃时,渗透汽化分离DMF/H_2O((90/10)%(wt))和DMAc/H_2O((90/10)%(wt))体系的渗透通量分别为149.4和59.0 g×m~(-2)×h~(-1),分离因子分别为21.5和187.1,具有较好的分离效果;复合膜连续运行100 h数据表明,DMAc/H_2O体系渗透通量稳定在210 g×m~(-2)×h~(-1)左右,分离因子保持在15左右,具有较好的稳定性。     

无机杂化海藻酸钠渗透汽化膜的制备与分离性能对比

为提高海藻酸钠(SA)膜的渗透汽化分离性能,分别采用纳米氧化铝、纳米氧化锆和纳米氧化钛对SA膜进行改性,对比分析了3种不同杂化膜渗透汽化分离性能的差异,并将分离性能较好的杂化膜应用到乙酸与乙醇酯化反应脱水的体系中。系统考察了无机纳米粒子含量对SA膜渗透汽化分离性能的影响,对杂化膜进行了接触角、傅里叶红外(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、热重/差示扫描量热(TG/DSC)、X射线衍射(XRD)和拉伸强度等表征与分析。结果表明,无机纳米粒子能提高SA膜的热稳定性、机械强度和渗透通量,当无机纳米粒子与SA质量比为0.3时,掺杂TiO_2、ZrO_2和Al_2O_3的杂化膜二碘甲烷的接触角依次升高,同时渗透通量也依次升高。SA-0.3Al_2O_3杂化膜亲水性较好,然而SA-0.3ZrO_2杂化膜分离性能最优,50℃下分离水含量10%的乙醇-水溶液,膜渗透通量达到336 g·m~(-2)·h~(-1),渗透侧水含量99.97%,分离因子29990。酯化反应脱水实验表明,在80℃时,酯化反应脱水实验乙酸转化率均高于无脱水实验乙酸转化率,平衡转化率不断被打破,反应12 h后,转化率由平衡时的79.3%提高到93.9%。     

用于分离DMF/H2O体系的Me-silicalite-1渗透汽化分子筛膜的制备

采用二次生长法制备了用于渗透汽化分离DMF/H2O体系的杂原子取代Me-silicalite-1/α-Al2O3(Me=Co、Fe)分子筛复合膜,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和紫外漫反射(UV-Vis)等方法对分子筛膜进行表征,结果表明金属离子进入分子筛骨架。渗透汽化实验显示,金属离子掺杂的silicalite-1/α-Al2O3分子筛复合膜,具有较好的分离性能且优先透过有机胺,有利于工业中DMF溶剂的回收和利用。随着操作温度升高,分离因子减小,渗透通量增加。40℃分离质量分数为5%的DMF/H2O混合液时,Co-silicalite-1/α-Al2O3分子筛膜和Fe-silicalite-1/α-Al2O3分子筛膜的分离因子分别为4.4和2.9,渗透通量分别为0.66和0.84 kg·m-2·h-1。     

用于回收酰胺类溶液的TS-1渗透汽化膜的制备和性能测定

采用晶种法制备了不同Ti含量的TS-1/α-Al_2O_3分子筛膜,并用于渗透汽化回收酰胺类溶液。通过X-射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)等对合成的分子筛膜进行表征,结果表明钛原子进入到分子筛骨架。渗透汽化实验结果显示,TS-1分子筛膜具有较好的分离性能且优先透过有机物,可用于酰胺类有机物的回收利用。n(Ti)/n(Si)为0.015合成的TS-1分子筛膜,在进料温度为65℃,操作压力为300 Pa的条件下,分离质量分数为5%的DMF/H_2O和DMAc/H_2O溶液,渗透通量分别为1.34 kg/(m~2·h)和1.13 kg/(m~2·h),回收后溶液的质量分数提高到19.4%和16.2%。     

改性PVA/PAN共混膜渗透汽化分离异丙醇-水溶液的研究

对自制改性聚乙烯醇(PVA)/聚丙烯腈(PAN)共混膜渗透汽化分离异丙醇-水溶液体系的性能进行了研究。分别考察了操作温度、下游表压以及异丙醇浓度对PVA/PAN共混膜渗透蒸发分离性能影响。结果表明,随着操作温度及异丙醇浓度的增大和下游压力的减小,膜的渗透通量增加,分离因子减小。在操作温度298 K、下游表压4k Pa的条件下,采用膜厚为42μm的PVA/PAN共混膜对90%(质量分数)的异丙醇-水体系进行渗透汽化分离,其渗透通量和分离因子分别达到1 940 g·m-2·h-1和22.2。     

NaA/PAN复合膜渗透汽化分离DMF/H_2O溶液的性能研究

采用流延法制备大面积的NaA/PAN分子筛复合膜,并用于渗透汽化分离二甲基甲酰胺/水(DMF/H2O)溶液。考察了料液组成、进料量和操作温度对膜分离性能的影响。实验结果表明:渗透通量随着温度的升高而增大,在DMF质量分数为20%,操作温度为24℃,料液量为1.5 m3/h,膜后侧压力为500 Pa的条件下,NaA/PAN膜的渗透通量达到1.84 kg/(m2·h),分离因子为11.5。     

聚二甲基硅氧烷-聚丙烯酸甲酯半互穿聚合物网络结构渗透汽化膜的制备及性能

为了提高聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜的渗透汽化性能,采用一锅法制备PDMS-PMA半互穿聚合物网络结构(semi-IPN)渗透汽化膜,通过红外光谱和扫描电镜对其进行表征,并探究其溶胀性能和渗透汽化性能。结果表明,IPN结构的形成明显提高了PDMS膜的渗透汽化性能;在原料液温度为70℃、PMA含量为10%时,semi-IPN渗透汽化膜的分离因子为42.0、总通量为923 g·m~(-2)·h~(-1)。     

SiO2@ZIF-8复合膜的制备及渗透汽化性能

二氧化硅（SiO₂）膜因其耐高温且孔径可调在分离纯化领域得到了广泛关注,但其表面的无定型结构导致渗透性与选择性相互制约,影响分离效果。以二氧化硅膜为基膜,金属有机框架材料（ZIF-8）对其进行修饰改性,制得 Si O₂@ZIF-8 复合膜,探究了 ZIF-8 合成条件、ZIF-8 添加量及原料液温度对复合膜乙醇渗透汽化脱水性能的影响。结果表明：ZIF-8 规则的孔道结构提供了额外的水分子传输通道,复合膜的渗透侧含水率可达 99.5%,渗透通量提高至 9.6 kg/（m²·h）,分离因子为 1 973。采用 Arrhenius 方程对改性前后膜的渗透通量与温度的关系进行拟合,发现复合膜在渗透汽化过程中水分子的表观活化能更高,随着温度升高水通量增加的更快,分离效果更好。Si O₂@ZIF-8复合膜有效改善了无定型网状结构的缺陷,在渗透汽化有机溶剂脱水方面具有广阔的应用前景。     

PVA/PAN共混膜渗透汽化分离醋酸-水溶液的研究

对自制聚乙烯醇(PVA)/聚丙烯腈(PAN)共混膜渗透汽化分离低浓度醋酸-水溶液体系的性能进行了研究。分别考察了操作温度、下游表压以及醋酸浓度对PVA/PAN共混膜渗透蒸发分离性能影响。结果表明,随着操作温度增大和醋酸浓度及下游压力的减小,膜的渗透通量增加,分离因子减小。在操作温度323 K、下游表压8 mm Hg的条件下,采用膜厚为45μm的PVA/PAN共混膜对90wt.%的醋酸-水体系进行渗透汽化分离,其渗透通量和分离因子分别达到3746 g·m-2·h-1和3.75。     

活性炭填充PEG/PVDF杂化膜的脱硫性能

制备了不同活性炭(AC)填充量的AC-PEG/PVDF杂化膜,并对其形貌与结构进行了相应的表征。以噻吩/正庚烷混合物作为模拟汽油体系,研究了所制备AC-PEG杂化膜的渗透汽化脱硫性能。研究表明,填充活性炭后,膜的脱硫性能明显提高。当活性炭填充量为5%,温度为85℃时,与未填充的PEG膜相比,AC-PEG/PVDF杂化膜的渗透通量由0.43 kg·(m~2·h)~(-1)提高至1.14 kg·(m~2·h)~(-1),富硫因子由7.29提高至9.47。     

渗透汽化分离DMF/水混合物的PVA-g-AAm膜的制备和表征

使用聚乙烯醇及丙烯酰胺这两种材料,合成了不同枝度的共聚物(PVA-g-AAm),并对两种渗透汽化复合膜(PVA-g-AAm)进行制备。黏均分子量是运用用黏度法测定的,而表征则分别由接触角,红外光谱(FT-IR)和热重(TGA)等方法进行测定。而DMF/水混合体系的渗透汽化分离主要是复合膜的运用,并对膜分离的影响因素进行分析。实验结果显示,分离性能最好的是接枝度为90%的PVA。而PVA的渗透量随着DMF质量分数的增加而减少,PVA的通量最小时是在0.25~0.65 kg/(m~2·h)之间,在0.2~而膜的分离因子达到最大时DMF质量分数为33%。而温度的增加可是渗透量增大,分离因子减小。     

Silicalite-2分子筛膜的制备及其渗透汽化性能研究

利用二次晶种法在多孔α-Al2O3支撑体表面制备了全硅Silicalite-2分子筛膜。通过XRD和SEM等分析方法对分子筛膜进行表征,并考察了晶化时间、晶化温度以及水含量对分子筛成膜的影响。结果表明,在n(TBAOH)∶n(TEOS)∶n(H2O)=1∶3∶100,晶化时间为48 h,晶化温度为130℃下所制备的膜完整致密。将制备的分子筛膜用于渗透汽化分离有机物/水溶液,实验显示其具有有机物优先选择透过性。随着进料质量分数的降低和料液温度的升高,渗透通量和分离因子均增大。70℃分离5%的乙醇/水溶液、乙酸/水溶液和DMF(二甲基甲酰胺)/水溶液时,渗透通量分别为1.12、1.14 kg/(m2·h)和0.87 kg/(m2·h),分离因子分别为5.1、1.6和2.4。     

来瓦希尔骨架材料MIL-53(Al)填充PEBA膜渗透汽化分离水中苯胺

将来瓦希尔骨架材料MIL-53(Al)引入到聚醚共聚酰胺（PEBA-2533）高分子相中制备了不同填充量的PEBA/MIL-53(Al)杂化膜并用于渗透汽化分离水中微量苯胺。X-射线衍射结果证实MIL-53(Al)被成功合成。扫描电镜和激光粒度分析结果表明所制备MIL-53(Al)颗粒粒径在纳米尺度范围内。采用扫描电镜、红外光谱、X-射线衍射、差示扫描量热和水接触角对杂化膜进行了表征，并考察了杂化膜的溶胀行为和分离性能。结果表明，所得杂化膜的热稳定性较好。当MIL-53(Al)质量分数小于20%时，MIL-53(Al)在高分子相中分散均匀，继续增大填充量出现团聚现象。杂化膜的结晶度随MIL-53(Al)填充量的增加而降低。MIL-53(Al)的引入增强了杂化膜的疏水性和溶胀度。在料液温度为60℃、膜下游压力400Pa、料液苯胺质量分数为3.6%时，MIL-53(Al)质量分数为20%的杂化膜（M-20）综合分离性能最优，渗透通量达到2.15kg/(m²·h)，分离因子为264。12天的稳定性测试结果表明所得杂化膜分离性能无显著变化，能够满足渗透汽化应用要求。     

ZIF-90膜的改性及在油气回收中的应用研究

利用NaBH_4将合成的ZIF-90晶种改性为ZIF-91,并用二次生长法在Al_2O_3支撑体上制备ZIF-90膜和ZIF-91膜。利用XRD、TGA、FT-IR,SEM、BET对合成的粉末及膜进行表征。以N2/n-C_5H_(12)模拟油气体系,将制备的ZIF-90/Al_2O_3膜和ZIF-91/Al_2O_3膜用于油气回收实验。考察了不同操作压力及温度下,2种膜在混合气中的分离性能,结果表明,当操作压力为0.06 MPa、温度为25℃时,ZIF-90膜和ZIF-91膜对N2/n-C_5H_(12)的分离因子分别为2.82、3.98,渗透性分别为5.02×10~(-8)、2.35×10~(-8)mol/m~2·s·Pa,说明改性在一定程度上提高了膜的分离性能。     

疏水SiO_2填充PDMS膜分离水中乙酸正丁酯的性能

以聚偏氟乙烯(PVDF)为支撑层,选用疏水性纳米SiO_2粉体作为改性剂,制备出聚二甲基硅氧烷(PDMS)复合膜材料,并用于乙酸正丁酯/水溶液的渗透汽化分离。采用SEM、FTIR、XRD、拉伸实验、接触角及正电子湮没寿命谱测定等对膜材料物理化学性能进行了表征,考察了膜材料的溶胀行为及渗透汽化性能。结果表明,SiO_2在PDMS膜中分散均匀,且没有发生化学作用,并提高了膜材料的机械强度和疏水性。随着SiO_2添加量增加,膜在乙酸正丁酯溶液中的溶胀度先升后降,渗透通量呈下降趋势,而分离因子先增大后减小。当SiO_2添加量为4%(质量)时,随进料浓度的增加,渗透通量增大,分离因子先增大后减小;随着温度升高,渗透通量增大,分离因子减小;渗透通量和分离因子最大值分别为240 g·m~(-2)·h~(-1)和542。     

聚丙烯酸-聚乙烯醇共混膜分离甲醇-碳酸二甲酯共沸体系

采用涂敷法制备了聚丙烯酸(PAA)-聚乙烯醇(PVA)共混膜,将其用于渗透汽化法分离甲醇(MeOH)-碳酸二甲酯(DMC)共沸物,考察了共混比例、热处理条件对甲醇分离性能的影响. 渗透汽化实验结果表明,随着热处理时间延长或热处理温度提高,分离因子先升高后降低,而渗透通量则逐渐减小;随着共混膜中PAA/PVA比例增加,分离因子先升高后降低,而渗透通量先减小后增大;当PAA/PVA质量比为7/3、热处理时间为60 min、热处理温度为150℃时,选择性最佳,在料液组成为70%(w) MeOH-30%(w) DMC及70℃的操作温度下,甲醇的分离因子为9.5(透过侧MeOH浓度为95.5%, w),渗透通量为360 g/(m2×h).     

有机硅烷改性ZSM-5/BPPO非对称膜制备及其渗透汽化性能

以硅烷改性ZSM-5分子筛为填充剂,采用沉浸凝胶相转化法制备了ZSM-5/BPPO非对称膜. 结果表明,分子筛在BPPO膜中分散均匀,填充分子筛后膜表面粗糙度增大、疏水性增强. 以低浓度乙醇-水体系为研究对象,考察了分子筛填充量、进料液浓度及进料液温度对ZSM-5/BPPO膜渗透汽化分离性能的影响. 结果表明,随乙醇浓度增大,ZSM-5/BPPO膜的分离因子减小,渗透通量增大;随进料液温度升高,ZSM-5/BPPO膜的分离因子及渗透通量均增大;在60℃、分子筛填充量为0.3%(w)时,ZSM-5/BPPO膜对5%(w)乙醇-水体系的分离因子高达18.49,渗透通量为529.69 g/(m2×h). ZSM-5/BPPO膜对不同醇-水体系的分离结果表明,醇类分子量越大,膜分离性能越好.