硅橡胶复合膜用于渗透蒸发的膜传质动力学(Ⅱ)膜内的扩散传质

The pervaporation of organics from dilute aqueous solution through a novel plate composite silicone rubber membrane was investigated. The measured and derived data indicated that the composite membrane possessed very high permeation flux and stable selectivity for dilute organic aqueous solution. Based upon the well- known resistance-in- series model, diffusive mass transfer behavior in membrane was investigated by calculation from the measured data with different skin layer thickness of membranes. The experimental results showed that the diffusive mass transfer coefficient conformed to Arrhenius correlation with temperature and was independent of the flow status. The diffusivities of the given alcohols in membrane had an order of magnitude 10 m-10·s-1 at a wider range of temperature, which is similar to those reported in literatures.     

硅橡胶复合膜用于含酚水溶液渗透萃取传质过程

以苯酚为模型污染物,以氢氧化钠溶液为萃取液,利用平板复合膜［聚二甲基硅氧烷（PDMS）/聚偏氟乙烯（PVDF）］构造渗透萃取体系,系统地研究了该体系渗透萃取含酚水溶液的传质过程与特性。探讨了料液与萃取液的浓度及流量、运行温度等操作条件及活性层厚度对渗透萃取传质性能的影响。结果表明,pH>13时,总传质系数K_ov不随萃取液流量及浓度变化而变化;苯酚的液膜传质系数kf与膜面流动Reynolds数Re^0.46呈正比,传质通量与温度符合Arrhenius方程。在苯酚初始浓度5.0～15.0 g•L^-1范围内,K_ov为定值。活性皮层厚度为4、6、8 μm的膜扩散传质系数分别为15.0×10^-7、9.9×10^-7及7.5×10^-7m•s^-1（323.2 K）,较均质膜提高了2～4倍。苯酚在复合膜中的传质仍属膜阻控制的传质。     

硅橡胶复合膜渗透蒸发串联阻力扩展模型研究

介绍了国内外硅橡胶复合膜渗透蒸发脱除微量有机物的传质研究现状;提出了硅橡胶复合膜渗透蒸发串联传质阻力扩展模型;分析了渗透蒸发过程各部分传质阻力的影响因素,包括液相边界层、膜的致密皮层、膜的多孔支撑层;得到了便于工程设计的计算方法。结果表明,该模型对进一步的应用研究以及渗透蒸发过程的优化具有指导意义。     

新型硅橡胶膜生物反应器用于有机废水处理的膜传质动力学

用中空纤维型硅橡胶管构造了管束式和卷绕式两种膜器,将它们结合进一个生物反应器系统,用于对废水中的挥发性有机化合物（VOC）进行生物降解处理。本文以甲苯为对象,研究了VOC在这种系统中穿过膜的传质问题。基于液-膜-液的串联阻力概念和质量平衡,构造了一个关于膜总传质系数的简单指数模型,用于传质实验的分析。将甲苯溶于水中模拟有机废水,配制适合于甲苯降解细菌生长的培养液,进行了甲苯从废水穿过膜到培养液中的传质实验,并将细菌移植进培养液进行了生物降解条件下的传质实验。对培养液中细菌存在和不存在两种情况下的甲苯传质实验进行了分析。结果表明,总传质系数的指数模型基本上与实验条件符合,所得到的甲苯的总膜传质系数具有10-6m·s-1数量级,卷绕膜器的总传质系数较管束型的稍高,生物反应条件下的总传质系数又较细菌不存在时的稍高。     

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.     

共混高分子膜渗透蒸发分离乙醇水溶液

应用湿法离子交联技术，研制了聚砜酰胺共混聚丙烯酸复合膜，针对乙醇水溶液，测定了膜的分离系数和渗透通量。实验发现，这种共混膜对乙醇－水具有较高的分离选择性。     

PDMS/PS复合膜的渗透蒸发性能的研究

制备了高性能的PDMS/PS复合膜,可将水溶液中苯的浓度由0.2～0.8×10-3kg·kg-1浓缩至70%～96%(质量分数),膜的渗透通量为0.10～0.4 kg·m-2·h-1,分离因子可达到20 000;通过渗透蒸发实验,考察了料液浓度、料液流速、料液温度和膜下游压力等操作条件对PDMS/PS复合膜渗透蒸发性能的影响;考察了活性层厚度和基膜结构分别对活性层传质阻力、基膜传质阻力的影响.并确定总传质阻力与活性层厚度的关系式和基膜传质阻力的经验公式.在此基础上得到了渗透蒸发的传质模型,计算结果与实验结果符合良好.     

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。     

硅橡胶膜渗透蒸发去除水中VOC性能的研究

研究了硅橡胶膜渗透蒸发去除水中挥发性有机化合物(VOC)的性能。考察了水的进料流量、温度、进料液中溶解气体和水蒸气的存在对VOC去除率的影响。结果表明,溶液中VOC气体的进料质量分数为2.0×10-4、进料流量为70cm3/min时,苯的去除率达到了90%,而进料流量为50cm3/min时,甲苯的去除率仅达72%,且随进料温度的增加而增加。空气溶解气体的存在增加了膜去除效率,但水蒸气的存在降低了VOC气体的透过系数。基于Henry系数的计算模型对实验结果进行了较好的预测。     

渗透蒸发过程脱除水溶液中挥发性有机物的研究

采用自制的PDMS膜研究了从VOCs (挥发性有机化合物 )稀水溶液中脱除VOCs的渗透蒸发过程。以分离因子和渗透通量为评价指标 ,考察了料液浓度、温度和流动状况以及膜下游压力对膜的渗透蒸发分离性能的影响 ;并研究了针对脱除水溶液中VOCs的渗透蒸发过程的传质模型。     

硅橡胶/陶瓷复合膜反应器中CO2合成甲醇(Ⅰ)反应动力学

在反应温度为 2 0 0～ 2 5 0℃ ,反应压力为 0 .6～ 1.6MPa ,原料气组成为H₂ 6 0 %～ 75 %、CO₂ 15 %～30 %、CH₄ 5 %～ 10 %的条件下 ,在固定床微分反应器中研究了C30 1催化剂上CO₂ 与H₂ 合成甲醇的反应本征动力学模型 ,提出了反应的控制步骤、模型鉴别及模型参数估值 ,当表面反应为速率控制步骤时所建立的动力学模型是可行的 ,模型计算值与实测值相当吻合     

聚乙烯醇膜的研制及乙醇水溶液的渗透蒸发（PV）分离

选择以聚乙烯醇(PVA)作膜材料,制成具有一定通量及分离效果的聚乙烯醇均质膜及聚乙烯醇/聚砜复合膜。讨论了膜的抗水性及抗化学腐蚀性。用透射电镜及扫描电镜进行了结构测定,并研究了这两种膜在分离95%(重量浓度)乙醇水溶液时的性能以及温度、交联度对膜性能的影响。实验发现聚乙烯醇均质膜具有较高的分离系数;聚乙烯醇/聚砜复合膜在基本维持均质膜分离性能的前提下,通量有较大提高。还发现经Cr~(3 )的饱和溶液处理后再进一步交联的膜,交联度及稳定性都有提高,分离系数略有下降。     

表面偏析法制备用于乙醇渗透蒸发脱水的整体PVA-PES复合膜(英文)

A facile surface segregation method was utilized to fabricate poly(vinyl alcohol)-polyethersulfone (PVA-PES) composite membranes. PVA and PES were first dissolved in dimethyl sulfoxide (DMSO), then casted on a glass plate and immersed in a coagulation bath. During the phase inversion process in coagulation bath, PVA spontaneously segregated to the polymer solution/coagulation bath interface. The enriched PVA on the surface was further crosslinked by glutaraldehyde. Scanning electron microscopy (SEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and energy dispersive spectrometer (EDS) confirmed the integral and asymmetric membrane structure with a dense PVA-enriched surface and a porous PES-enriched support, as well as the surface enrichment of PVA. The coverage fraction of the membrane surface by PVA reached up to 86.8% when the PVA content in the membrane recipe was 16.7% (by mass). The water contact angle decreased with the increase of PVA content. The effect of co-agulation bath type on membrane structure was analyzed. The membrane pervaporation performance was evaluated by varying the PVA content, the annealing temperature, feed concentration and operation temperature. The mem-brane exhibited a fairly good ethanol dehydration capacity and long-term operational stability.     

PSF支撑层结构对PDMS复合膜渗透汽化性能的影响

以4种不同结构的聚砜(PSF)作为支撑层,制备PDMS/PSF渗透汽化复合膜,考察其用于乙醇/水体系的分离性能,以研究支撑层结构对渗透汽化复合膜分离性能的影响。采用SEM和EDX分析复合膜表层结构,结果表明,支撑层结构几乎不影响复合膜的选择性,但对膜通量有较大影响,特别是支撑层的表面结构对复合膜性能的影响比断面结构更明显。     

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.     

膜渗透蒸发用于葡萄酒脱醇的实验研究

利用自制的PDMS平板复合膜 ,在 40℃ ,1330Pa下游侧压力下 ,φ(C2 H5OH) =11 5 %的红葡萄酒经过渗透蒸发脱醇后可获得 φ(C2 H5OH) =7%、4%、3%等各种低醇红葡萄酒 ,同时渗透液可勾兑成 φ(C2 H5OH) =30 %～ 5 0 %的高醇白兰地 ,平均总渗透通量达 145 5 g/(m2 ·h)。在小试实验中 ,低醇葡萄酒和高醇白兰地的平均生产强度分别是 4830和 780mL/(m2 ·h)。国家资深评酒专家对两种新酒品都给予了高度评价 ,认为有一定的市场经济价值。     

Silicalite-1分子筛膜渗透蒸发条件的响应面分析与优化

采用Silicalite-1分子筛膜用于低浓度乙醇/水溶液的渗透蒸发分离,运用单因素实验考察了晶种质量分数、晶化温度、晶化时间3个制备条件对Silicalite-1分子筛膜渗透蒸发分离性能的影响,借助响应面分析（RSM）研究了料液温度、乙醇质量分数、真空压力3个运行条件对分离系数和渗透通量的影响。单因素实验结果表明,在晶种质量分数为0.3%、晶化温度为175℃、晶化时间为7h条件下制备的Silicalite-1分子筛膜对乙醇/水的渗透蒸发分离效果较好。RSM结果表明,料液温度、料液配比、真空压力对分离系数和渗透通量的影响显著,根据RSM建立多项式模型并对该模型预测的最佳条件进行了实验验证,实验结果与模型预测较为吻合。在进料温度为70℃、乙醇质量分数为3.49%、真空压力为7.82kPa条件下,实际分离系数和渗透通量与预测值偏差分别小于5.46%和7.39%。     

聚二甲基硅氧烷膜中乙醇-水的吸附和渗透蒸发行为

以乙醇/水体系为研究对象,结合F lory-Huggins理论,讨论溶胀过程的热力学行为,用以分析和考察聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜在乙醇/水中的溶胀特性及组分间的耦合效应。结果表明,在乙醇质量分数20%—40%,膜的溶胀程度最大。渗透蒸发实验表明,水的渗透速率在乙醇质量分数不大于30%范围内变化很小,而乙醇的渗透速率基本随溶液中乙醇质量分数增加而增大。     

一元羧酸结构参数对两种硅橡胶膜渗透萃取的影响研究

论文研究了甲基硅橡胶膜（PDMS）和乙烯基硅橡胶膜(PVMS)对一元羧酸的渗透萃取效果,建立了有机物结构参数与膜渗透萃取效果的关系。研究发现,PVMS膜比PDMS膜对一元羧酸有较好的萃取效果。结合一元羧酸结构参数与硅橡胶膜结构,对渗透萃取效果进行分析。结果表明：对于硅橡胶膜,随着有机物辛醇-水分配系数(Kow或P)、分子摩尔体积（Vm）、分子极化率（a）的增大,固有溶解度（S）的减小,一元羧酸的萃取率依次升高;经线性回归拟合分析,辛醇-水分配系数(Kow或P)与硅橡胶膜萃取率有良好的相关性（R2均在0.96以上）;分子摩尔体积（Vm）对硅橡胶膜萃取率表现出一定的相关性（R2均在0.81以上）;偶极矩（u）并未有表现出明显的规律性。     

PVA-Zr(Ⅳ)膜催化乙酸和丁醇酯化反应的性能

考察了PVA-Zr(Ⅳ)膜催化乙酸和丁醇酯化反应的宏观反应动力学,认为膜催化酯化反应为扩散-反应联合控制,膜溶胀实验表明反应液各组分浓度不同于膜中各组分平均浓度.假设膜催化反应分为：膜溶胀前及溶胀后两个阶段,分别求出了此两个阶段反应动力学常数.比较了PVA-Zr(Ⅳ)催化膜和无催化活性层的PVA膜渗透性能.