PDMS膜在ABE连续发酵中的渗透汽化性能研究

构建了膜生物反应器封闭循环ABE连续发酵系统,研究了系统中PDMS膜的渗透汽化性能.实验共进行2轮,第一轮进行274 h,采用发酵-渗透汽化间歇耦合的方式;第二轮进行312 h,前196 h采用发酵-渗透汽化连续耦合,之后实行间歇耦合.间歇耦合操作模式下,2轮的丁醇分离因子分别为11.00和12.94,总通量分别为711.07和579.98 g/(m2·h);连续耦合操作模式下,第二轮丁醇分离因子为5.54,总通量为555.80g/(m2·h).实验中膜性能稳定,分离性能良好,未出现膜堵塞和膜破损现象.     

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).     

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)。     

三层结构PDMS/POS/PAN渗透汽化复合膜的制备及其分离性能

分别将四甲基二乙烯基二硅氧烷(DVTMS)和2,4,6,8-四甲基-2,4,6,8-四乙烯基环四硅氧烷(TMTV)与交联剂聚二甲基硅氧烷(PDMS)的B组分(B)聚合形成两种聚硅氧烷DB和TB,涂覆于聚丙烯腈(PAN)表面形成过渡层DB(TB)/PAN,涂覆PDMS分离层得3层结构的PDMS/DB(TB)/PAN渗透汽化复合膜,用于1%正丁醇水溶液的分离,表征了过渡层的结构,研究了硅氧烷/交联剂比和膜液中固形物含量对复合膜渗透汽化性能的影响.结果表明,在分离层和过渡层总厚度相同的情况下,涂覆DB和TB有效提高了膜的渗透汽化性能,最佳膜配方DVTMS:B=3:1(ω)及DB含量5%(ω)时,PDMS/DB/PAN膜的分离因子为40.96,渗透通量为628.40 g/(m2?h);TMTV:B=1:1(ω)及TB含量为3%(ω)时,PDMS/TB/PAN膜的分离因子为41.58,渗透通量为540.00 g/(m2?h).PDMS/DB/PAN膜和PDMS/TB/PAN膜的分离因子分别比相同分离层厚度的PDMS/PAN膜的分离因子提高8.5%和10.2%,渗透通量提高29.5%和11.3%.     

耐溶剂聚酰亚胺膜渗透汽化分离有机溶剂的研究

文章制备了聚酰亚胺渗透汽化膜,并将其用于乙酸和N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)脱水。实验结果表明:聚酰亚胺渗透汽化膜能有效地从乙酸和DMAc中脱除水,对于含水量为2.20 wt%的乙酸水溶液,其渗透通量为27.7 g/(m2h),分离因子为3427,溶胀度为17.7%;对于含水量为6.63 wt%的DMAc水溶液,其渗透通量为4.50 g/(m2h),透过液中无DMAc,溶胀度为36.3%。同时,随着乙酸和DMAc水溶液温度的升高,其渗透通量均增大,在乙酸体系中分离因子减小。     

响应面优化法在PDMS/PVDF膜制膜条件优化中的应用

用响应面优化法优化了乙烯基封端PDMS/PVDF渗透汽化透醇膜的制膜条件,研究了硅橡胶浓度、B/A质量比、交联温度和交联时间对膜性能的影响,拟合了分离因子、渗透通量与四因素之间的回归方程,并用方差分析法考察了四因素的主效应、二次效应以及相互作用效应对复合膜的分离因子与渗透通量的影响。研究发现,硅橡胶浓度对膜的分离因子与渗透通量的影响最为显著,交联时间对分离因子几乎没有影响。通过对回归方程的优化分析得知,在料液乙醇浓度为10%(wt),操作温度40℃条件下,当硅橡胶浓度为93%(wt),B/A质量比为0.08,交联温度为100℃,交联时间为13.83 h时,膜的综合分离性能达到最佳,此时分离因子与渗透通量预测值分别为9.47、77.57 g(m2 h)1,渗透侧乙醇浓度达到51.3%(wt)。回归方程的验证实验结果表明,回归方程的估计值与实验值较为吻合,可用于乙烯基封端的PDMS/PVDF复合膜的渗透汽化性能的预测与优化。     

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。     

蒙脱石填充改性PDMS膜对稀溶液中苯的渗透分离性能

研究了CTAB柱撑改性蒙脱石填充聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜对稀溶液中苯的渗透分离性能,考察了操作温度、有机蒙脱石填充量及料液中苯浓度对填充膜分离性能的影响. 结果表明,蒙脱石的填充不但能增强膜的机械性能,而且能明显改善膜的分离性能,随着蒙脱石填充量的增加,渗透通量增大,而分离因子先增大后减小;随着操作温度的提高,渗透通量明显增大,分离因子却减小;当料液中苯浓度增大时,苯通量增大,水通量保持不变,而分离因子减小. 用填充量为9.09%的填充膜对苯浓度为1000 kg/kg的料液进行渗透汽化实验,得到膜的渗透通量为115 g/(m2×h),分离因子达到798,比纯PDMS膜通量增大了12%,分离因子增大了32%.     

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。     

偶联剂对纳米二氧化硅/PDMS复合膜渗透汽化性能影响的研究

用3种硅烷偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷(AMES)、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(MEMS)、十六烷基三甲氧基硅烷(HEMS)分别对纳米二氧化硅粒子进行改性,利用制备的改性粒子与PDMS制备了一系列平板复合渗透汽化分离膜,用于乙醇/水溶液分离.实验结果表明:复合膜的渗透汽化性能得到显著的提高.3种改性粒子在提高渗透通量方面:HEMS＞MEMS＞ AMES;在提高分离因子方面,MEMS与AMES对复合膜的影响十分接近,而HEMS远小于前两者.当MEMS改性二氧化硅的质量分数为4％时,在40℃质量分数为10％的乙醇/水溶液中,复合膜的分离因子达到最高值11.17,渗透通量为216.1g/(m2 ·h).     

碳纳米管填充PDMS膜的渗透汽化性能

将碳纳米管（CNTs）填充到PDMS中制备出CNTs/PDMS杂化膜,并将其用于乙醇/水体系的分离,发现由多壁碳纳米管制备的膜分离性能优于单壁碳纳米管填充膜,在40℃下,进料乙醇浓度为5%（质量分数）时,膜的分离因子可由8.3提高到10.0,渗透通量为206.2 g·（m²·h）^-1;采用十二烷基三氯硅烷对多壁碳纳米管进行修饰,并对修饰前后碳纳米管的性能进行表征,研究表明修饰后碳纳米管表面形成疏水层,碳纳米管的疏水性增强;将修饰后的碳纳米管填充到PDMS中,可进一步提高杂化膜对乙醇的选择性,膜的分离因子可提高到11.3,渗透通量为130.9 g·（m²·h）^-1。     

PDMS/ZSM-5膜的制备及渗透汽化分离水中乙酸正丁酯和乙酸乙酯

为探究出适合分离水中的乙酸正丁酯和乙酸乙酯的新型渗透汽化膜材料,选用沸石ZSM-5 对聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料进行填充改性,以聚偏氟乙烯(PVDF)为支撑层,采用刮涂法制备PDMS/ZSM-5/PVDF复合膜渗透汽化分离水中的乙酸正丁酯和乙酸乙酯。采用SEM、接触角测量仪、FTIR、TGA和XRD等对膜材料物理化学性能进行表征,考察了膜材料的溶胀行为及渗透汽化性能。结果表明,ZSM-5在 PDMS 膜中分散均匀,且没有发生化学作用,并提高了膜材料的疏水性和热稳定性。随着ZSM-5添加量的增加,膜在乙酸正丁酯和乙酸乙酯的溶胀度和待分离组分在膜材料中的扩散速率不断增加。随着进料浓度和温度的增加,渗透通量不断增大,分离因子先增大后减小。随着ZSM-5在PDMS/ZSM-5/PVDF复合膜中含量的增加,总渗透通量增加,而分离因子呈现先增加后减小的趋势。当添加量为10%（质量）时,分离因子达到最大值。对于乙酸正丁酯/水体系,渗透通量和分离因子最大值分别为319 g·m ^-2·h ^-1和131;而对于乙酸乙酯/水体系,渗透通量和分离因子最大值分别为1385 g·m ^-2·h ^-1和121。     

乙醇/水及乙酸/水体系的渗透汽化分离

以乙醇/水及乙酸/水体系为研究对象,研究了渗透汽化过程中料液浓度、温度因素对分离效果的影响;结合乙醇、乙酸对聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜的溶胀特性差别,分析并讨论了两者在渗透汽化过程中可能的分离机理. 研究表明,PDMS膜能够优先透醇,但乙酸分子的缔合物以及羧基与疏水PDMS膜高分子链的强相互作用降低了其在膜中的扩散速率,使低温时乙酸/水体系优先透水,只有当温度在60℃以上时才表现出优先透酸,且分离效果较差.     

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.     

碳分子筛填充硅橡胶膜用于渗透蒸发分离稀醋酸-水溶液

From the reference[1] it is known that the addition of silicalite-1 in silicone rubber membranes results in an increase of both flux and selectivity for alcohol in the separation of alcohol/water by pervaporation.In order to enhance performance of pervaporation toward the aqueous solution of acetic acid,incorporation of carbon molecular sieve(CMS)into a PDMS membrane was investigated. CMS is widely used in adsorption processes because of its high selectivity toward certain compounds[2]. It was assumed that the flux and selectivity of pure PDMS membrane could be enhanced owing to the preferential adsorption of CMS to organics.CMS content in the membrane and several important pervaporation operation parameters, including feed concentration of acetic acid, and feed temperature, were investigated.     

Spray-coated PDMS/PVDF composite membrane for enhanced butanol recovery by pervaporation

In this study, spray-coating was used to prepare dihydroxypolydimethylsiloxane (PDMS) composite membranes with high flux and separation factor for biobutanol recovery from aqueous solution. A thin, smooth, and defect-free PDMS layer was prepared by spray-coating on polyvinylidene difluoride ultrafiltration membrane with little PDMS penetration. The effects of process parameters for membrane fabrication and pervaporation on membrane performance were investigated. A membrane with 2 μm active layer was obtained with a high flux of 1306.9 g/m² h. The optimal membrane with the highest pervaporation separation index (PSI) (19.15 kg/m² h) showed a total flux of 530.6 g/m² h and a separation factor of 36.1 at 37°C, and a PSI of 65.61 kg/m² h and a flux of 1927.0 g/m² h at 70°C. Membrane performance was affected by feed composition and temperature. Acetone-butanol-ethanol solution and fermentation broth gave lower butanol fluxes and separation factors compared to butanol model solution.     

纳米白炭黑填充硅橡胶复合膜的制备与渗透汽化分离性能

制备以聚酯(PET)为支撑层,白炭黑填充的聚二甲基硅氧烷(PDMS107)为皮层的硅橡胶复合膜,并以乙醇水物系为料液,对比分析白炭黑增强硅橡胶复合膜的渗透蒸发分离性能,分离因子比空白膜有所提高,在乙醇浓度为3%～5%时,分离因子可达16.09,渗透通量为75.39 g/m2·h;测定填充白炭黑硅橡胶复合膜的拉伸强度,结果表明:拉伸强度可达1.828 MPa,相当于空白膜(0.368 MPa)的5倍.     

CS/PVA-GA渗透蒸发膜分离偏二甲肼/水体系的实验研究

将壳聚糖(CS)和聚乙烯醇(PVA)按一定比例共混,再以戊二醛(GA)交联,制备CS/PVA-GA共混交联膜,研究了共混交联膜的结构、力学性能以及在偏二甲肼/水体系中的渗透蒸发脱水性能。结果表明,CS与PVA共混、GA交联,形成了致密的空间网状结构,随PVA含量增加,膜的抗张强度降低,而断裂伸长率增加。料液浓度、温度、膜厚度等因素对膜的渗透蒸发性能有较大影响,当料液中偏二甲肼的质量分数为50%,温度为20℃,渗透侧压力为100 Pa,膜厚约为25μm时,CS/PVA-GA共混交联膜的分离因子达到243,渗透通量可达167 g/(m2.h)。