高通量超支化聚硅氧烷复合膜渗透汽化分离水中正丁醇

为得到高通量的水中脱除丁醇渗透汽化膜HPSiO-c-PDMS,采用AB₂型单体缩合法合成了超支化聚硅氧烷（HPSiO）并将其与端羟基聚二甲基硅氧烷（PDMS）交联制备渗透汽化复合膜.对超支化聚硅氧烷和HPSiO-c-PDMS膜进行了化学结构和形态表征,并系统研究了PDMS分子量大小对膜结构及其渗透汽化性能的影响.结果表明:超支化聚合物支化度（DB）达到0.73;HPSiO-c-PDMS膜具有较大的通量和分离因子,随着PDMS分子量的增加,其渗透通量减小而分离因子增加.     

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。     

环糊精修饰碳纳米管改性聚氨酯膜的制备及脱酚性能研究

渗透汽化膜分离技术以其节能、环保等优点在苯酚/水分离领域具有广泛应用前景。研究采用β-环糊精(β-CD)对羧基化碳纳米管(MWCNTs-COOH)和羟基化碳纳米管(MWCNTs-OH)分别进行物理和化学改性,得到4种β-CD修饰的碳纳米管,将改性后的碳纳米管填充端羟基聚丁二烯(HTPB)基聚氨酯。并对改性碳纳米管和PU膜进行了红外、拉曼和热性质表征,测试膜的渗透汽化脱酚性能。结果表明,4种改性PU膜中,物理改性的羟基化碳纳米管改性PU膜的渗透通量最大,β-CD化学接枝的MWCNTs-COOH改性PU膜的分离因子最大,80℃含0.5wt%的苯酚水溶液,其分离因子为4.81,渗透通量为156.16kg·μm·m-2·h-1。     

SiO_2填充PDMS膜分离丙二醇单甲醚/水溶液

以填充纳米二氧化硅改性的聚二甲基硅氧烷(PDMS)渗透汽化膜对丙二醇单甲醚/水的混合体系进行汽化分离研究,结果表明,用于分离质量分数为0.5%~10%丙二醇甲醚/水溶液,103甲基室温嵌段硫化硅橡胶(103-PDMS)膜比107室温硫化硅橡胶(107-PDMS)膜分离性能好,通量增加一倍,分离系数也有所提高。随着SiO2添加量的增加,分离因子先增加后降低,通量单调增加,分离因子最大可达到16.88,对应通量为45.55 g/m2.h。纳米二氧化硅填充量为1.2‰相对于PDMS质量分数时,分离效果最好。     

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.     

硅橡胶膜用于乙酸/水渗透汽化分离的研究

以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为活性层制备了PDMS均质膜和分别以聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯(PP)微滤膜为支撑层的PDMS/PTFE膜、PDMS/PP膜。通过扫描电镜(SEM)、视频接触角仪、热重分析(TGA)及溶胀测试等手段研究了膜的物化性能。通过渗透汽化实验考察了膜对乙酸/水体系的分离性能。结果表明,料液中乙酸质量分数提高,渗透通量和分离因子均随之提高;操作温度提高,渗透通量增加而分离因子减小;进料流速在14～38L/h范围变化,对分离因子影响较大,对渗透通量影响较小;支撑层对膜的分离性能有重要影响:30℃下,对于进料流速26L/h的10%(质量分数)乙酸水溶液,PDMS均质膜、PDMS/PTFE膜和PDMS/PP膜的分离因子、通量分别为2.51、2.74、2.15和35.29、42.09、40.84g/(m2·h)。以上结论,对于选择合适的渗透汽化膜支撑层材料和操作条件具有一定的指导意义。     

埃洛石纳米管结构改性后用于Pebax基质中强化气体分离

基于埃洛石纳米管(HNTs)内外层结构化学性质不同,使用硫酸(H2 SO4)、盐酸(HCl)对埃洛石进行选择性刻蚀,得到了两种纳米多孔埃洛石,即S-HNTs和H-HNTs.将这两种纳米多孔埃洛石引入Pebax MH 1657(Pebax)基质中制备混合基质膜(MMMs).纯CO2、CH4气体渗透结果表明,在S-HNTs和H-HNTs填充量分别为6％(质量分数)和8％(质量分数)时,Pebax-S-HNTs MMMs和Pebax-H-HNTs MMMs性能达到最优,与纯Pebax膜相比,CO2渗透系数分别增加了97.8％和125.3％,CO2/CH4的理想分离因子分别增加了69.7％和40.0％.气体分离性能的改善主要是由于HNTs的刻蚀扩孔成功以及微/介孔分级多孔结构的存在.这是因为,首先,对HNTs内[AlO6]八面体进行选择性刻蚀导致管腔尺寸增加,提高了气体渗透;其次,微/介孔分级多孔结构的存在为气体扩散提供了多种传递路径,曲折路径的存在促进了气体选择性的提高.     

高通量ZSM-5填充硅橡胶复合膜渗透汽化性能研究

以硅铝比为360的ZSM-5型沸石对聚二甲基硅氧烷(PDMS)进行填充,以聚偏氟乙烯(PVSF)为支撑层,制备了ZSM-5填充PDMS/PVDF复合膜,用于渗透汽化乙醇/水混合物的分离.研究了沸石填充量、操作温度、进料液浓度对乙醇/水的渗透汽化分离性能的影响,发现该复合膜较文献报道中的沸石填充膜,其渗透通量有了明显的提高,在50℃沸石填充量为40%时,对乙醇的分离因子为11.7,其渗透通量达到749.8 g/(m2·h).随着操作温度的升高或料液中乙醇浓度升高,渗透通量增大,分离因子下降.     

PDMS中空纤维复合膜渗透汽化分离丙酮-水溶液

采用干湿相转化法纺制了聚砜(PSF)中空纤维超滤底膜,并采用溶液浸渍法制备PDMS/PSF中空纤维复合膜.研究了PDMS膜的溶胀性能和PDMS/PSF膜渗透汽化性能,考察了PDMS/PSF膜的稳定性以及料液温度、料液丙酮浓度和渗透物侧压力等因素对膜渗透汽化性能的影响.结果表明,PDMS膜对丙酮有很强的吸附能力而对水的吸附能力则相对较弱,渗透液中丙酮浓度大于膜溶胀液中丙酮浓度,远远大于浸泡液中丙酮浓度,连续操作72 h膜的渗透汽化性能保持稳定,渗透通量随料液温度以及料液浓度的升高而增加,分离系数随料液浓度的增加而降低,基本不受温度的影响.当丙酮质量分数5%、料液温度为60℃时,渗透通量为632 g/(m2.h),分离系数为35.8,丙酮和水的表观活化能分别为45.7和49 kJ/mol.     

碳黑填充PDMS渗透蒸发优先脱醇膜的制备研究

通过碳黑填充有机硅膜的方法,制备了一种新型聚二甲基硅氧烷(PDMS)优先脱醇渗透蒸发分离膜,考察了铸膜液制备、溶剂、碳黑粒径及处理方法和进料温度与膜的渗透蒸发性能之间的关系.结果表明,采用超声分散碳黑和正癸烷溶剂可以制得性能良好的膜.利用热处理过的N110碳黑填充PDMS膜,可以在保持分离因子不变的前提下,使总渗透通量提高到空白膜的两倍以上.碳黑填充PDMS膜总通量随进料温度升高而增加,选择性基本保持不变.     

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)。     

有机/无机杂化膜渗透汽化分离ABE研究进展

有机/无机杂化膜兼具传统有机膜和无机膜的优良性能,已成为膜分离领域的研究热点之一。有机/无机杂化膜可以分为三类:无机膜支撑有机膜、无机粒子/聚合物杂化膜和表面筛分膜。研究者开发了大量有机/无机杂化膜并将其应用于渗透汽化分离丙酮-丁醇-乙醇/水(ABE/W)体系。综述了近年来用于渗透汽化分离ABE/W体系的有机/无机杂化膜研究现状,详细介绍了有机/无机杂化膜微结构、分离性能及两者之间的关系,并针对目前有机/无机杂化膜中存在的问题,对今后的发展前景进行了展望。     

聚[1-(4-三甲基硅基)苯基-2-苯乙炔]/碳纳米管杂化膜的渗透汽化性能

采用聚[1-(4-三甲基硅基)苯基-2-苯乙炔](PTMSDPA)为膜材料,与碳纳米管(CNT)杂化制备PTMSDPA/CNTs杂化膜,研究了碳纳米管含量对杂化膜的气体分离、渗透汽化性能的影响。结果表明,PTMSDPA与碳纳米管间π-π相互作用使得碳纳米管在聚合物基体中实现均匀分散。当碳纳米管质量分数为15%时,PTMSDPA/CNTs杂化膜的氧气渗透系数出现极大值(2880 Barrers),为PTMSDPA均质膜的2.4倍;操作温度为30℃时,渗透汽化分离丁醇质量分数为1.5%的丁醇/水溶液,PTMSDPA/CNTs杂化膜的渗透通量、丁醇/水分离系数也达到极大值,分别为114 g/(m~2·h)和69。溶胀吸附实验结果表明,PTMSDPA/CNTs杂化膜的丁醇/水渗透汽化性能主要来源于溶解选择性。     

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).     

聚二甲基硅氧烷膜在渗透汽化技术中的研究进展

聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为一种疏水的橡胶态聚合物材料,用于渗透汽化技术,可以优先透过有机物,具有技术上和经济上的优势.阐述了PDMS膜的特点,比较了不同填充物(沸石、蒙脱石、环糊精)改性的PDMS膜及具有支撑层(无机物、有机物)的PDMS复合膜的渗透汽化性能.评述了不同改性方法的应用现状.展望了PDMS膜在渗透汽化领域中的发展方向.     

高交联温度下聚二甲基硅氧烷/聚醚砜渗透汽化复合膜的制备及性能研究

以聚醚砜(PES)平板多孔膜为支撑层,聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜为分离层,在高温交联条件下制备了PDMS/PES渗透汽化复合膜。用扫描电镜对复合膜形貌进行了表征,复合膜表面平整、致密,分离层与支撑层外表面结合紧密。研究了PDMS质量分数对膜产生最高衍射峰时对应的2θ值、水与乙醇的接触角以及以10%(质量分数)乙醇水溶液为料液,30℃下复合膜渗透汽化分离性能的影响。结果表明:随着PDMS含量的增加,产生最高衍射峰时对应的2θ值先增大后减小。当PDMS含量为15%(wt,质量分数,下同)时,PDMS/PES复合膜有良好的疏水性和亲醇性,PDMS/PES复合膜的分离因子最大,最大值为4.60,对应的渗透通量为10325.54g/(m~2·h),分离指数出现最大值为47483.02。因此,15%PDMS条件下制备的PDMS/PES复合膜综合性能最好。     

离子液体复合膜用于渗透汽化分离乙醇水溶液

将离子液体[bmim]PF6引入制膜过程,制备了PDMS膜以及离子液体支撑液膜和PDMS-IL共混膜.用所制的膜进行渗透汽化实验分离乙醇水溶液,研究料液温度、浓度和真空度等对膜渗透通量和分离因子的影响,并比较了3种膜的分离效果.实验结果表明,在分离乙醇水溶液时,PDMS-IL共混膜的综合分离效果优于普通的PDMS膜,而离子液体支撑液膜分离性能不理想.此外膜渗透通量都随料液温度、浓度的增大而增大,随透过侧压力的增大而减小;分离因子随料液温度、浓度和透过侧压力的增大而减小.     

埃洛石纳米管掺杂海藻酸复合膜制备及其渗透蒸发脱水研究

采用天然硅骨架材料埃洛石纳米管(HNT)为填充剂,引入海藻酸钠(SA)高分子基质中,旋涂于聚丙烯腈(PAN)基膜上制得SA-HNT/PAN膜,考察了膜的渗透蒸发乙醇脱水性能.通过扫描电子显微镜、红外光谱、热失重分析等研究了HNT填充量对膜形貌、化学结构及热稳定性的影响,考察了不同HNT填充量、渗透蒸发操作温度及原料液组成对分离性能的影响.结果表明,在SA基质中加入具有亲水性的管状HNT填充剂可同时提升膜的选择性与渗透性.当HNT的填充质量分数为4%时,所制得的SA-HNT/PAN膜的性能最优,渗透通量和分离因子分别达到1 722 g/(m~2·h)和1 415.     

新型NiFe_2O_4/埃洛石纳米复合材料的制备及其吸附性能的研究

借助金属油酸盐与埃洛石纳米管(HNTs)内壁的相互作用将铁酸镍(NiFe_2O_4)填充于HNTs内腔制成新型铁酸镍-埃洛石复合材料NiFe_2O_4/HNTs(NHNTs),并对NHNTs进行了表征,结果表明NiFe_2O_4成功填充至HNTs内腔。将NHNTs作为吸附剂吸附水溶液中的亚甲基蓝,并探究了吸附时间、pH对吸附效果的影响。NHNTs在吸附55min条件下能达到吸附平衡,偏碱性条件更利于对亚甲基蓝的吸附,NHNTs对亚甲基蓝的吸附与准二级动力学模型和Langmuir等温模型拟合较好,其最大吸附量为20.11mg/g,有较好的应用前景。     

模拟发酵液中渗透汽化膜分离乙醇性能劣化研究

渗透汽化技术(PV)与乙醇发酵过程耦合可将发酵液中的乙醇原位移除,从而缓解产物抑制作用,提高乙醇产率.但是发酵液中所含的物质复杂,且其对膜渗透汽化性能的影响尚无定论.通过在乙醇水溶液中添加葡萄糖、甘油、琥珀酸以及无机盐等发酵液中的代表性物质,考察其对乙醇透过性能的影响.结果表明,无机盐、葡萄糖和甘油对PDMS膜的渗透汽化性能没有明显影响.琥珀酸容易在膜表面吸附沉积并进入膜内阻塞乙醇与水的通道,使渗透通量下降7%,是导致发酵-渗透汽化耦合过程中膜劣化的主要物质.琥珀酸、葡萄糖和甘油的协同作用使PDMS膜的渗透通量下降11.2%.