有机硅烷改性沸石/PDMS渗透汽化杂化膜的制备及表征

采用硅烷偶联剂,乙烯基三甲氧基硅烷(VTMS)为改性剂,控制改性时间(4h和12h),对全硅沸石进行改性,以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为基体,制备了改性沸石填充的PDMS渗透汽化杂化膜。用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、热重分析(TGA)、机械拉伸等手段对改性的效果和杂化膜的热稳定性能进行了表征,结果表明改性后沸石晶型未改变,杂化膜热稳定性和机械性能提高。并以乙醇质量分数为5%的乙醇/水体系为研究对象,分离因子为评价指标,考察了改性杂化膜对乙醇的分离性能,结果表明膜对乙醇/水的分离因子可由未改性时的16提高至29.5,这说明采用硅烷偶联剂对沸石进行改性是提高膜分离性能的有效方法。     

PDMS/PVDF优先透有机物渗透汽化复合膜的制备

以商品化聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维超滤膜为基膜,聚二甲基硅氧烷(PDMS)为涂膜材料制备PDMS/PVDF优先透有机物渗透汽化复合膜。用扫描电子显微镜(SEM)对膜结构进行表征,并研究了涂敷方法、基膜热处理工艺、PDMS浓度、固化温度及固化时间等因素对复合膜渗透汽化性能的影响。实验结果表明:基膜120℃下热处理,用10%的PDMS溶液,采用浸涂加真空涂敷的方法涂膜,110℃下交联固化6h制备的复合膜性能最佳。该复合膜在60℃时,分离5%的乙醇水溶液,分离因子可达到21.35,通量为331.21g/(m2·h)。     

HF酸刻蚀ZSM-5/PDMS膜渗透汽化透醇性能研究

采用HF酸对3种MFI型沸石(ZSM-5,silicalite-1)进行刻蚀,通过SEM和TEM对刻蚀前后沸石的表面和本体形貌进行了表征,发现酸刻蚀造成沸石表面出现微米级孔洞,但本体仍保留了规则的孔道结构。将刻蚀后的ZSM-5填充至聚二甲基硅氧烷(PDMS)中制备了复合膜,用于乙醇/水混合物的分离,研究了沸石硅铝比、HF酸浓度、操作温度和料液浓度对复合膜渗透汽化分离性能的影响。研究发现HF酸处理,可以有效地提高ZSM-5/PDMS膜的分离因子,由12.3最高上升至16.8([EtOH]=5wt%,50℃),渗透通量稍有下降;随着操作温度的升高,复合膜渗透通量增大,分离因子在50℃达到极大值;料液中乙醇浓度提高,复合膜渗透通量增大,分离因子减小。     

支撑层对PDMS复合膜渗透汽化性能的影响

以相转化法制备的聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈(PAN)、聚砜(PSF)三种多孔膜作为支撑层,制备聚二甲基硅氧烷(PDMS)复合膜用于渗透汽化乙醇/水混合物的分离。采用能量色散X射线光谱仪(EDX)定量表征了PDMS在支撑层表面的厚度(L0)和支撑层内的渗入深度(Li),研究发现,PDMS在各支撑层表面的厚度、支撑层内渗入的厚度有显著差异,PDMS复合膜的渗透通量与(L0+Li)间存在近似的线性关系,表明PDMS在支撑层中渗入深度不同是造成不同底膜支撑的PDMS复合膜渗透汽化性能差异的根本原因。文中提出选择层总厚度(Lt=L0+Li)概念,通过线性拟合得到PDMS复合膜渗透通量与Lt之间的定量关系,可以用来估算PDMS复合膜的渗透通量,并预测复合膜渗透通量极大值。     

ZIF-8粒子尺寸对PDMS填充膜渗透汽化性能的影响研究

以聚偏氟乙烯(PVDF)多孔膜为支撑层,将沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIF-8)填充到聚二甲基硅氧烷(PDMS)中,制得ZIF-8/PDMS复合膜,用于渗透汽化分离乙醇/水体系。对ZIF-8/PDMS复合膜进行了表征。考察了不同ZIF-8粒子对ZIF-8/PDMS复合膜渗透汽化分离性能的影响。研究结果表明,在金属离子与有机配体的配合比为1∶2的ZIF-8粒子,操作温度为50℃条件下,ZIF-8/PDMS复合膜的渗透通量为182.4g/(m2·h),分离因子最高为8.8。     

PTFE-PDMS/PET复合膜制备及其渗透汽化性能

以聚四氟乙烯(PTFE)微粉填充聚二甲基硅氧烷(PDMS)硅橡胶膜为活性皮层和PET无纺布为底膜,制备了PTFE-PDMS/PET渗透汽化复合膜并用于分离乙醇水溶液,分析了复合膜结构、疏水性、力学性能及溶胀性能.研究表明,随着PDMS复合膜中PTFE含量(质量分数,下同)增加,复合膜结晶度及水接触角增加;断裂伸长率和拉伸强度均呈现先增加后减小的趋势;膜溶胀度呈线性减少.复合膜渗透汽化选择性α和乙醇渗透系数J_E随PTFE含量的增加先增加后减少,而水渗透系数J_W呈逐渐减小的趋势,当PTFE填充量为10%时,乙醇渗透系数J_E最大.     

HNTs填充PDMS膜的制备及其分离ABE-水体系的研究

埃洛石纳米管(Halloysite nanotube,HNTs)是一种天然的管状材料,鉴于其独特的一维内腔管道,且管道两端为开孔结构,在膜分离领域具有应用前景.本文首次通过物理共混法,将HNTs填充到聚二甲基硅氧烷(PDMS)中制备混合基质膜(MMMs),用于渗透汽化分离水溶液中丙酮-丁醇-乙醇(ABE)组分,并对膜化学组成及其微结构进行系统表征,重点考察了HNTs填充量、料液温度及操作时间对膜渗透汽化性能的影响.研究表明:HNTs可均匀分散在PDMS基质中,与PDMS之间具有良好的相容性.该纳米管的引入,使得膜的水接触角从110°提高到131°,而其表面自由能显著降低,增强了HNTs/PDMS膜对ABE组分的选择性.同时,HNTs具有开孔的一维内腔(直径为15～25 nm),可在膜内构筑低能垒的快速扩散通道,以实现ABE组分在膜内高效传递.当分离ABE溶液及操作温度为55℃时,所制膜总渗透通量达到1 368 g/(m~2·h),且其丁醇分离因子为38.2.值得注意的是,在从水溶液中回收ABE组分连续操作100 h过程中,所制膜具有良好的分离性和稳定性.     

ZIF-8填充聚硅氧烷膜的制备及渗透汽化分离水中正丁醇

两步法制备ZIF-8填充聚二甲基硅氧烷(PDMS)渗透汽化膜PDMS/ZIF-8,用以分离水中正丁醇,并对该膜的化学结构、形貌及热稳定性进行了表征.结果表明:该膜对正丁醇有很高的选择渗透性,随着ZIF-8添加量的增加,分离因子先增大后减小,而总通量单调下降.当ZIF-8添加质量分数为2%时(PDMS/ZIF-8-2膜),分离因子达到最高.另一方面,随着操作温度的上升,PDMS/ZIF-8-2膜的通量和分离因子都增大.在60℃,料液质量分数为0.96%时,PDMS/ZIF-8-2膜的分离因子及通量最高可达49.24和8.43kg·μm/(m2·h).     

PDMS-AMEO膜用于渗透汽化分离乙酸/水体系的性能研究

采用原位聚合法制备了氨丙基三甲氧基硅氧烷交联聚二甲基硅氧烷( PDMS- AMEO)/有机蒙脱土(OM-MT)/聚醚砜(PES)复合膜,采用SEM和TGA对PDMS-AMEO/OMMT/PES的形貌、热学性能进行了研究.考察了复合膜在乙酸-水溶液中的溶胀性,以及OMMT含量、料液温度和浓度对膜渗透汽化性能的影响.     

聚二甲基硅氧烷膜分离甲醇/碳酸二甲酯混合物的渗透汽化研究

制备了一系列聚二甲基硅氧烷(PDMS)均质膜,用于渗透汽化法分离甲醇/碳酸二甲酯混合物,此系列PDMS均质膜优先脱除碳酸二甲酯.考查了PDMS均质膜在甲醇和碳酸二甲酯液体中的溶胀性能,并研究了PDMS预聚体的黏度、交联剂浓度、操作温度及料液浓度对渗透汽化分离性能的影响.结果表明,对于不同黏度的PDMS预聚体均表现出随交联剂浓度增加分离因子先增加后减小,而渗透通量则逐渐减小;随操作温度增加分离因子减小而渗透通量增大;随料液中碳酸二甲酯浓度增加分离因子先增加后减小,而渗透通量则逐渐增大.对于碳酸二甲酯浓度为30%的甲醇/碳酸二甲酯混合物,40℃时渗透侧碳酸二甲酯浓度为59.7%,分离因子为3.46,渗透通量为1.41 kg/(m2·h).     

PDMS/改性ZSM-5复合膜的制备及其性能研究

采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)为改性剂,对ZSM-5型沸石粒子进行了改性,以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为膜材料,制备了改性沸石填充的PDMS渗透汽化杂化膜。以10%的乙醇/水体系为实验对象,研究了该杂化膜对乙醇的分离性能。结果表明,填充改性沸石粒子能显著提高PDMS膜的分离性能。当料液温度为40℃时,分离因子和渗透通量分别达到14.1和348.7 g/(m2·h)。     

填充碳分子筛的PDMS膜渗透蒸发分离性能研究

采用自制的碳分子筛,制造了填充碳分子筛的硅橡胶（PDMS）膜,研究了膜对含苯的烯水溶液的渗透蒸发的分离性能,考察了填充剂,料液浓度等因素对膜的分离性能的影响。     

聚酯(PET)硅橡胶复合膜制备与渗透汽化分离性能的研究

讨论了以聚酯(PET)为支撑层,以聚二甲基硅氧烷(PDMS107)为皮层的硅橡胶复合膜的制备工艺,并以乙醇水物系为料液,分析了硅橡胶、交联剂正硅酸乙酯(TAOS)、催化剂(二月桂酸二丁基锡)对分离系数及渗透通量的影响,并考察了膜下侧渗透压、料液浓度对膜分离性能的影响.     

聚乙烯醇/壳聚糖共混膜渗透汽化性能研究

制备了聚乙烯醇(PVA)/壳聚糖(CS)共混膜,用渗透汽化膜技术实现了甲醇/碳酸二甲酯二元共沸物的有效分离,研究了共混组成、操作温度、原料组成对膜分离性能的影响,结果表明,随着共混膜中CS含量的增加,膜的渗透通量增大,分离系数先增大后减小,当共混膜中CS含量为66%时,该膜具有优异的渗透汽化性能,有较大渗透汽化分离指数PSI值=660.8g/(m2.h).操作温度升高,膜的渗透通量增大,分离系数略微减小;随着原料中甲醇含量的增大,膜的渗透通量增大,分离系数减小.该共混膜在分离甲醇/碳酸二甲酯二元共沸物时得到的渗透侧甲醇的浓度远大于对应饱和蒸汽的浓度,表明用膜法渗透汽化分离是优于精馏分离的.     

Desorption and pervaporation properties of zeolite-filled Poly(dimethylsiloxane) membranes

The role played by zeolite fillers in PDMS membranes was studied by desorption and pervaporation. The data on the desorption of different solvents from the membranes made of poly(dimethylsiloxane) (PDMS) filled with silica and different zeolites show that the solvent molecules are extracted in two stages. The first stage, which occurs at a low temperature (ca.50 °C), would correspond to the extraction of the solvent molecules in the ’bulk-like state’ in PDMS, while the last stage, at high temperature, would correspond to the extraction of the solvent molecules in the ’bound state’. There is a clear contribution of the zeolites to the membrane performances in pervaporation, even at a low zeolite content in PDMS (ca. 20 wt. %). The hydrophobic zeolites enhance significantly the organic flux, leading to an improvement of both the flux and the selectivity of PDMS. The ZSM-5 zeolite imparts to PDMS a higher selectivity but lower flux compared with SY-2 zeolite. The silica filler exhibits a crosslinking effect on PDMS, i.e. a slightly higher selectivity and lower flux than the pure PDMS membrane. Received: 11 June 2001 / Accepted: 11 June 2001     

VTES交联PDMS渗透汽化膜分离水中乙醇性能的研究

以乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)为交联剂对端羟基聚二甲基硅氧烷(H-PDMS)进行交联制备了疏水性更强的渗透汽化膜.通过考察交联温度、交联剂用量及料液温度等对该PDMS膜渗透汽化性能的影响发现:对乙醇浓度为6%的体系,交联温度为80℃,质量比m(H-PDMS)∶m(VTES)∶m(DBTDL)(二丁基二月桂酸锡)=1∶0.2∶0.02,原料液温度为40℃时,分离因子和渗透通量分别达到15.5和421.67 g/(m2.h),表明该VTES交联的PDMS膜具有良好的优先透醇性.     

高性能Silicalite-1/PDMS复合膜的制备及应用

研制了新型纯硅沸石Silicalite-1/聚二甲基硅氧烷(PDMS)无机有机复合膜,进行了乙醇/水渗透汽化性能评价实验,采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对膜的物理及微观结构分析和表征.分别采用原位法和晶种法制备性能相异的纯硅底膜.通过调控PDMS溶液的浓度来控制涂层的厚度和性能,研究Silicalite-1层和PDMS层对复合膜性能的影响.结果表明:所制备的无机有机复合膜在渗透汽化过程中表现出良好的稳定性,在保持高渗透通量的同时,复合膜的选择性得到了相当的提高.在60℃和乙醇质量分数为5%时,复合膜的通量和分离系数分别高达2.67 kg/(m2·h)和54.9.     

分离润滑油中脱蜡溶剂的有机硅膜的制备

以聚二甲基硅烷为分离膜材料,正庚烷为溶剂,正硅酸乙酯为交联剂,二桂酸二丁基锡为催化剂,聚四氟乙烯膜为基膜,制得聚二甲基硅氧烷/聚四氟乙烯复合膜,用于脱蜡润滑油与溶剂(甲苯和丁酮)的分离.研究了溶液配方、硫化温度、硫化时间等因素对膜性能的影响.在操作压力2.0MPa,溶液温度20℃,进料溶剂质量分数85%条件下,膜对油的截留率为84%,通量为4.8kg/(m2·h).     

叠合膜用于多组分体系渗透汽化脱水过程的研究

针对用渗透汽化—反应精馏耦合过程来实现溴丙烷的连续化生产时氢溴酸对PVA膜的腐蚀作用,用阻氢溴酸的PTFE基离子交换膜与PVA/PAN复合膜的叠合膜进行HBr—PrOH—H2O三组分体系的脱水．分别测试了PVA／PAN复合膜、PTFE基离子膜以及PTFE—PVA叠合膜对丙醇—水—氢溴酸的分离性能．渗透汽化结果表明,这种双膜叠合方法不但保持了PVA膜的高分离性能,而且有效地解决了氢溴酸对PVA膜的腐蚀问题．