α-Al_2O_3中空纤维支撑体的制备与表征

采用干-湿法纺丝技术制备了α-Al2O3中空纤维支撑体,系统研究了Al2O3/PESf(聚醚砜)原料比、焙烧温度、保温时间以及原料粒径等因素对支撑体结构性能的影响.优化的支撑体渗透性为4.09×10-5mol/(m2.s.Pa),弯曲强度为142.7 MPa,最大孔径与平均孔径分别为0.66μm和0.56μm.在该支撑体上合成了NaA分子筛膜,其水/乙醇分离因子>5 000,通量达7.37 kg/(m2.h).     

管式支撑体内表面NaA分子筛膜的合成与表征

采用转动合成方式通过二次生长法在管式α-Al₂O₃支撑体内表面合成了NaA分子筛膜,采用X射线衍射仪（XRD）、场发射扫描式电子显微镜（FE-SEM）和渗透汽化分离技术对所合成的膜进行了系统表征。考察了合成釜转速对分子筛膜合成的影响,结果表明合成釜转速的提高有利于分子筛膜合成。在转速为4 r·min^-1时所合成NaA分子筛膜分离因子高达2370,渗透通量1.86 kg·h^-1·m^-2左右（乙醇/2摩尔比、合成温度及晶化时间等制膜条件,改变分子筛膜的晶体颗粒尺寸及膜层交联度,实现了分子筛膜介孔结构的有效调节,其孔径范围7~30 nm。在CTAB/SiO₂摩尔比为0.05、合成温度180℃、时间20 h下,多级孔分子筛膜纯水渗透通量达到138 kg·m^-2·h^-1·MPa^-1,截留分子量28500,对应平均孔径7.39 nm,达到小孔径超滤的标准。     

MFI型分子筛膜中晶体间隙的在线修补及其二甲苯分离性能研究

为了提高MFI分子筛膜的二甲苯分离性能,采用水热合成法制备了管式MFI型分子筛膜,并通过1,3,5三异丙基苯(TIPB)碳化沉积方法对分子筛膜中的晶体间隙在分离操作过程中进行了在线修补。通过修补,分子筛膜在375~400℃下的对、邻二甲苯分离系数从5左右增加到30,表明膜层中的无选择性的晶体间隙被大幅度减少。     

超声辅助溶胶-凝胶法制备中空纤维TiO2超滤膜

TiO₂膜具有亲水性强和热化学稳定性好等优点而用于超滤分离, 但是TiO₂膜以管式膜为主, 渗透通量低且制备周期长。为了提高TiO₂膜的渗透通量, 并缩短膜的制备周期, 本工作以钛酸四丁酯为前驱体, 采用超声辅助溶胶-凝胶法制备高通量的中空纤维负载型TiO₂超滤膜。系统考察了硝酸与钛酸四丁酯的摩尔比(酸钛比)、超声时间和煅烧温度对TiO₂溶胶粒径及膜截留性能的影响。结果表明：当酸钛比为0.25时, 溶胶的平均粒径为3252 nm, 采用超声处理30 s后, 平均粒径减小至1817 nm。采用超声后的溶胶循环涂膜并在350 ℃煅烧两次后可得到完整无缺陷的中空纤维TiO₂超滤膜, 膜层平均厚度为1 μm, 膜的纯水渗透通量为145 L·m^-2·h^-1·bar^-1(1 bar=0.1 MPa), 葡聚糖截留分子量为2586 Da, 对应的平均孔径为2.5 nm。     

共挤出法制备双层中空纤维陶瓷复合膜

中空纤维陶瓷膜具有装填密度高, 传质阻力低, 使用寿命长等优点, 被广泛用于膜分离领域。高度非对称结构的中空纤维膜有利于同时实现高通量与高截留率, 本研究采用共挤出法制备双层中空纤维陶瓷复合膜, 内外层纺丝液分别掺杂平均粒径为1 μm和300 nm的α-Al₂O₃粉体。系统考察了内层纺丝液TiO₂掺杂量、外层纺丝液Al₂O₃/聚醚砜(PESf)质量比和煅烧温度对膜的结构与性能的影响。结果表明, 在内层纺丝液TiO₂掺杂量为2wt%, 外层纺丝液Al₂O₃/PESf质量比为5.60, 烧结温度为1350 ℃的最优条件下, 中空纤维膜断裂负荷为24 N、平均孔径为0.15 μm、去油率为97.5%。