疏水白炭黑填充PDMS-PA复合膜的渗透汽化性能

在聚二甲基硅氧烷(PDMS)层中引入疏水性气相法白炭黑,制成填充的硅橡胶-聚酰胺(PDMS-PA)多层复合膜;通过扫描电镜(SEM)观察了填充复合膜的截面形态,并考察了填充复合膜的渗透蒸发性能。结果发现,以PDMS层的质量为基准,填充少量的疏水性气相法白炭黑就能显著影响复合膜的渗透性能;填充复合膜的渗透通量随着白炭黑用量的增加而增加,而选择性则没有显著降低。在40℃、乙醇质量分数为5%的乙醇水溶液中,白炭黑质量分数为20%的PDMS-PA复合膜的渗透通量达到2 400 g/m2.h,比非填充复合膜的渗透通量高1倍多;而分离因子为7,稍低于非填充复合膜的8.5。此外,填充复合膜和非填充复合膜的分离性能对温度和浓度变化的依赖关系一致。     

纳米白炭黑在硅橡胶膜铸膜液中分散性能的研究

制备了以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)为支撑层,白炭黑填充的聚二甲基硅氧烷(PDMS)为皮层的硅橡胶复合膜,研究了纳米白炭黑在铸膜液中分散性能的影响因素。结果发现,体系中加入适量正硅酸乙酯有助于提高纳米白炭黑的分散性;正庚烷与硅橡胶的配比为10：1（质量比,下同）时,白炭黑的分散速度最快。并测试了5 %（质量分数,下同）白炭黑填充硅橡胶复合膜的拉伸强度,结果表明,其拉伸强度可达1.828 MPa,相当于未填充白炭黑的硅橡胶膜（0.368 MPa）的5倍。     

支撑层对硅橡胶复合膜渗透汽化分离性能的影响

引言 为了扩大渗透汽化技术的应用领域,科研工作者需要进一步增强渗透汽化膜的分离性能.从工业化的观点而言,用于实际应用的渗透汽化膜大多是复合膜,它由选择层(或分离层)和支撑层组成.一般认为,选择层决定着复合膜的选择性和通量,支撑层起支撑和机械稳定作用.Nijhuis[1]在从甲苯-水体系中分离甲苯的过程中对均质膜和以聚砜为支撑层的复合膜的分离性能进行了比较;Sturken[2]分别用聚醚酰亚胺和聚偏氟乙烯为支撑层的硅橡胶膜从二氯乙烷-水体系中提取二氯乙烷,他们得到了相同的结论:支撑层的影响可以忽略.然而Scholz[3],Heinzelmann[4],Rautenbach[5],Borges[6],Vankelecom[7],Farooq[8],Lipnizki[9]等均在各自研究中发现,由于基膜和分离层的物理化学性质以及制膜方法等众多因素的存在使得支撑层在一定程度上影响复合膜的分离性能;Feng[10]对均质硅橡胶膜和有微孔支撑层的硅橡胶复合膜的分离性能进行了比较,发现均质硅橡胶膜优先透过异丙醇,而有微孔亲水性支撑层的硅橡胶复合膜则优先透过水,这表明在一定的情况下,支撑层甚至起主导作用并能够决定复合膜的分离性能.因此,通过系统研究以不同多孔材料为支撑层的复合膜对有机物-水溶液的分离性能的影响,能够找到最优的复合膜支撑层,从而能够提高复合膜的分离性能.然而,至今关于支撑层对渗透汽化膜分离性能影响的系统研究仍相当少.     

硅橡胶渗透汽化膜的制备与改性技术研究进展

简要介绍了聚二甲基硅氧烷的成膜机理,综述了硅橡胶渗透汽化膜的改性技术,主要包括共混、填充、共聚和引入离子4个方面.指出制约渗透汽化技术工业化进程的主要因素,并提出了相应的应对措施,展望了未来改性硅橡胶膜广阔的应用前景.     

硅橡胶复合膜用于新型白酒风味成分渗透汽化分离

用自制硅橡胶PDMS平板复合膜,分别在30、35、40℃和1325Pa膜下侧压力的条件下,渗透蒸发分离50°新型白酒中的风味物质。实验结果表明,PDMS复合膜对新型白酒风味物质具有良好的选择分离性能:5种酯类(乳酸乙酯除外)和乙缩醛的分离脱除率达100%,对高级醇也有良好的分离表现,乙醛的脱除率也超过87%。将分离后的酒液进行重组,得到较原酒品质更高的新酒,其感官评价大大好于原酒。膜在高浓度乙醇中能保持良好的稳定性,30、35和40℃时,对新型白酒的平均总渗透通量分别可达2297g/(m2·h)、2753g/(m2·h)和3539g/(m2·h),平均分离因子(均按乙醇-水体系计算)分别为5 22、5 22和5 32。     

纳米白炭黑-硅橡胶膜强化传热管制备及性能

实验采用涂覆-热处理法制备了纳米白炭黑-硅橡胶膜(SiO2-PDMS)滴状冷凝强化传热管,研究了纳米SiO2在铸膜液中质量分数及热处理温度对热通量和冷凝传热系数的影响;同时对纳米白炭黑-硅橡胶膜(SiO2-PDMS)滴状冷凝强化传热管表面进行了SEM,FT-IR及接触角分析。实验结果表明:实验所制传热管均实现滴状冷凝现象;纳米SiO2在铸膜液中质量分数影响传热管传热性能,随纳米SiO2质量分数增加,表面水接触角增加,其中纳米SiO2质量分数为0.1%时,传热管表面水接触角可达125.85°,其冷凝传热系数比相应的膜状冷凝提高了3.1—3.3倍,热通量是相应膜状冷凝的1.42—1.44倍;热处理温度为265℃时,传热效果最好。     

二氧化硅复合膜的制备及其渗透汽化性能

采用溶胶–凝胶法配制了掺杂Zr4+以及未掺杂的2种有机硅态溶胶,以浸渍提拉的方式在已修饰的α-Al₂O₃载体上逐层涂布2种溶胶,并经过煅烧固化制备了二氧化硅复合膜。采用扫描电子显微镜对制备过程中的每一膜层表面形态结构进行表征。将二氧化硅复合膜应用于渗透汽化脱水,考察了不同温度以及不同进料含水率下的渗透汽化性能,并探究了强酸性环境(pH=2)对其性能的影响。实验结果表明:二氧化硅复合膜在75℃对85%(质量分数)异丙醇溶液渗透汽化脱水,其通量可达1 kg/(m²·h),渗透液含水率(质量分数)最高可到99.4%;在不同温度和含水率的条件下,二氧化硅复合膜都能保持良好的分离性能,具有良好的水热稳定性;长时间在强酸性环境(pH=2)中仍能保持稳定的分离性能,具有极强的耐酸性能。     

硅橡胶膜在渗透汽化分离中的应用及研究进展

综述了硅橡胶膜在渗透汽化分离(有机废水处理、生物发酵分离)中的应用及其制备技术(无机物填充改性、共缩聚或引入侧链基团改性)的最新研究进展.     

超支化多层复合膜的制备及其渗透汽化分离水中丁醇

制备了超支化聚硅氧烷,并以超支化聚硅氧烷膜(HPSi O-c-PDMS)为中间层、聚硅氧烷(VTES-c-PDMS)为表层选择层,制备了具有多层结构的复合膜,并对其进行静态接触角和SEM表征,系统研究了PDMS分子量、料液温度对渗透汽化性能的影响。结果表明,随着表层分离层PDMS分子量的增加,多层复合膜的通量降低,而分离因子上升;随着料液温度升高,多层复合膜的通量和分离因子上升明显。     

超支化多层复合膜的制备及其渗透汽化分离水中丁醇

制备了超支化聚硅氧烷,并以超支化聚硅氧烷膜(HPSi O-c-PDMS)为中间层、聚硅氧烷(VTES-c-PDMS)为表层选择层,制备了具有多层结构的复合膜,并对其进行静态接触角和SEM表征,系统研究了PDMS分子量、料液温度对渗透汽化性能的影响。结果表明,随着表层分离层PDMS分子量的增加,多层复合膜的通量降低,而分离因子上升;随着料液温度升高,多层复合膜的通量和分离因子上升明显。     

芳烃优先透过的渗透汽化复合膜的制备及分离性能研究

采用紫外光接枝填充聚合技术,以非对称聚丙烯腈(PAN)超滤膜为底膜,聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯(MePEO300MA)为大分子单体,制备了芳烃优先透过的渗透汽化复合膜。考察了单体浓度和紫外光照射反应时间对复合膜甲苯/正庚烷渗透汽化分离性能的影响,并对复合膜降低石脑油芳烃含量,优化乙烯裂解原料进行了初步探索。研究结果表明,复合膜对甲苯质量分数为20%的甲苯/正庚烷混合物(80℃)的分离系数达到5.6,渗透通量为2.47 kg/(m2.h);当切割比为20%时,石脑油的芳烃质量分数由7.52%降至4.11%,降低了45%,初步说明渗透汽化复合膜在降低石脑油的芳烃含量,优化乙烯裂解原料方面的应用前景。     

硅橡胶膜生物反应器中乙醇发酵与渗透汽化的耦合

用硅橡胶膜生物反应器(SMBR)实验研究连续发酵-渗透汽化的耦合性能。发酵微生物采用酿酒干酵母,所用碳源为工业级葡萄糖。发酵过程由于产物抑制作用,在乙醇质量浓度达到73 g/L时趋于停滞,而耦合渗透汽化膜后,发酵罐内的乙醇质量浓度降低并维持在40 g/L,使发酵可以连续稳定地进行。在SMBR运行达到稳态后,乙醇的体积产率为4.02 g/(L.h)。发酵液中乙醇质量浓度维持在20~63 g/L,聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜的总渗透通量为1 220~800 g/(m2.h),分离因子为5~9.2。与传统发酵和分离相同进料质量分数的乙醇溶液相比,乙醇发酵和渗透汽化在硅橡胶膜生物反应器中能相互耦合并得到强化。与较小规模耦合系统(发酵体积1 L和2 L)比较,性能稳定良好。     

Preparation and Characterization of Silicone Rubber Membrane

Pervaporation membrane with preferential permeation for organic compounds over water was prepared and characterized. Selection of membrane material and the effects of polydimethylsiloxane (PDMS), cross-linker, and catalyst concentrations on performances of pervaporation membrane at room temperature were discussed. In addition, the time of cross-linking, and the kinds of basic plate in the process of preparation were tested. The formulation of pervaporation membrane material was determined. Through the characterization of membrane by infrared spectrometry(IR), scanning electron microscopy(SEM), transmission electron microscopy(TEM) and X-ray diffraction(XRD), it is proved that the structures and characters are suitable for the pervaporation process. Experiments also demonstrate that the permeate flux and separation factor are suitable for the process.     

PDMS渗透汽化膜分离水中有机物的研究进展

渗透汽化(PV)膜分离技术是一种新型膜分离技术,适用于分离恒沸点混合物、近沸点溶液、热敏感性混合物、有机-有机混合物以及水溶液中少量有机物。PV分离水溶液中有机物的工业应用还处于初步阶段,文中从硅橡胶渗透汽化优先透有机物膜的制备条件、工艺应用参数及膜寿命等方面进行综述。膜生产放大和膜寿命是影响该技术推广的重要因素,可以从膜制备和应用工艺方面进行改进。     

聚氨酯膜的制备及渗透汽化分离水中苯酚性能研究

研究通过两步反应法制备端羟基聚丁二烯基聚氨酯（HTPB-PU）渗透汽化膜,采用红外、热分析、扫描电镜等手段对其结构与性能进行了表征,研究了该膜从水中分离苯酚的渗透汽化性能。结果发现,该膜表现出良好的优先透过苯酚的分离性能。以0.5%苯酚水溶液作为料液,随着操作温度从60℃增加到80℃,渗透通量增加而分离因子下降,在60℃时,分离因子与渗透通量可分别达到23.80与2.85 kg.μm.m-2.h-1。     

乙醇发酵与渗透汽化在硅橡胶膜生物反应器中的耦合强化

用硅橡胶膜生物反应器(SMBR)实验研究了发酵-渗透汽化的耦合性能。发酵微生物采用酿酒活性干酵母,所用的碳源为工业级葡萄糖。间歇发酵过程由于产物抑制作用在乙醇浓度达到90g稬-1时就趋于停滞,而经耦合渗透汽化膜分离后,发酵罐内的乙醇浓度迅速降低并维持在40g稬-1,且发酵在此浓度下可以连续稳定地进行。 在SMBR运行达到稳态后,乙醇的体积产率为1.5gL-1h-1。SMBR中所用的聚二甲基硅氧烷(PDMS)复合膜由实验室自行制备,它能稳定分离含有酵母细胞的发酵液。当发酵液中乙醇浓度为92.7~49.5g稬-1时,PDMS复合膜的总通量为1490~1164g穖-2h-1,分离因子为6.9~7.8,与分离相同进料浓度的清洁模型溶液相比分别平均高出31%和14%。乙醇发酵和渗透汽化在硅橡胶膜生物反应器中能够相互耦合并得到强化。     

Extraction of Tetrahydrofuran and Ethylene Dichloride Solvents from Aqueous Solutions by Pervaporation through Thin Film Composite PDMS Membranes

Thin film composite (TFC) hydrophobic PDMS membrane of 5 µm active layer thickness supported on Polyethersulfone (PES) ultraporous substrate was synthesized and thermally crosslinked for the pervaporation based extraction of organic solvents such as Tetrahydrofuran (THF) and Ethylenedichloride (EDC) for the first time. The study was extended to acetone, ethanol, t-butanol, Iso-butanol, and acetic acid. Membranes were characterized by SEM, TGA, XRD, and FTIR to study the surface and cross-sectional morphology, thermal stability, crystalline nature, and structural properties, respectively. High selectivities of 868, 72, and 31 were observed at organic feed concentrations of 0.68, 3.42, and 9.38 wt% in water with reasonable fluxes of 0.2, 0.16, and 0.31 kg m^?2 h^?1 for EDC, THF and acetone, respectively at a downstream vacuum of 0.5 mmHg. The estimated mass transfer coefficients (MTCs) were found to be 9.11 × 10^?6, 11.77 × 10^?6, and 10.73 × 10^?6 m s^?1 for THF, EDC, and acetone extraction, respectively. The membrane exhibited considerable feasibility for scale-up due to its composite nature with significant potential for extraction of volatile organic solvents present in low concentrations. A comparison with previous values reported in literature revealed higher selectivities for extraction of EDC, THF and acetone using the present membrane.     

硅橡胶膜生物反应器封闭循环连续发酵制造乙醇放大实验及该发酵系统的基本性能

设计构建了发酵罐体积为5 L,单张膜有效面积为0.08 m2的平板硅橡胶膜生物反应器封闭循环连续发酵系统,实验研究了该系统在长期运行过程中的发酵反应动力学参数和膜传质动力学参数等基本性能.当发酵罐中乙醇浓度在30～60 g·L-1时,得质量浓度为17% ～28%的冷凝渗透液.在连续运行中,细胞浓度维持在10～24.8 g·L-1,料液罐中葡萄糖浓度大约为30～50 g·L-1,乙醇的体积产率为2.33～3.99 g·L-1·h-1,膜的渗透通量和分离因子分别为800～1050 g·m-2·h-1和5.1～8.6. 在连续269 h运行中,得到乙醇1999 g,基质转化率为87.2%,碳回收率为89.5%,产生的废液量大约为传统间歇发酵过程的22.2%左右.