多元酸聚電解質滲透汽化膜的制備及性能

多元酸聚電解質滲透汽化膜的制備及性能

由于可用于分離有機物或有機物質、輕水或近沸騰混合物，并進行膜蒸發(fā)。德國gft公司生產的富馬酸聯(lián)合虛假表面處理后，溫度為80的80%等高蒸發(fā)膜等級為80，分離因子為350。對于良好的分離膜，需要大規(guī)模的滲透，具有高的分離因子和良好的穩(wěn)定性。因此，提高膜的分離性能是應用精細精細蒸發(fā)工藝的關鍵。周繼清等人研究了凈化、評價和傳輸網(wǎng)絡膜的滲透性能。結果表明，盡管膜的滲透阻力顯著增加，但膜的選擇性降低。聚醚氧化物具有良好的親水性，可以制備高流量的pv膜。sds是一種含有游離氨基酸的復合糖，通過堿處理聚丙基（pan）表面的水合物，在膜表面的部分氰基中形成水合物，并形成一個具有三維結構的cs-iiid和一個具有接口的鈉胺復合膜。這些膜在水和乙醇等混合物中具有良好的分離性能。cs是一種含有游離氨基酸的聚糖，通過cs-iiid-c分離醇水層，具有良好的分離性能，但由于缺乏分離元素，如甘草和酸。在這項工作中，需要混合甘草和酸、糖和水，以制備聚醚氧化物的復合膜。羧甲基纖維（cmc）具有羧甲基的聚糖作用。因為鈉在側鏈中引入了抗離子鈉，所以具有很強的水合性。因此，可以制備具有高流量、高分離因子和更好穩(wěn)定性的pd脫水膜。然而，在實驗中，溶解的cs和cmc的異質結合后，由于它們的高蒸發(fā)，溶解的cs和cmc的水合作用得到了很高的性能，并且可以排除含有機溶劑的聚電解質絡合物。因此，可以制備具有高流量、高分離因子和更好穩(wěn)定性的pd脫水膜。然而，在實驗中，由于溶解的cs和cmc顆粒迅速沉淀，因此使用了二次織物制備的cs-cmc膜。1實驗部分1.1試劑及儀器殼聚糖為實驗室自制產品,脫乙酰度>90%,粘均分子量500000;CMC的取代度為0.8,分子量約110000;草酸(上海試劑四廠,分析純);檸檬酸(合肥市永春醫(yī)藥化工廠,化學純);所用基膜為國家海洋局杭州水處理中心提供的聚丙烯腈(PAN)超濾膜.1.2聚電解質膜的制備(1)多元酸/CS聚電解質膜的制備:將CS溶于質量分數(shù)為0.5%左右的醋酸水溶液后,靜止脫泡12h,濾去不溶物.分別配制草酸和檸檬酸溶液.將其按不同比例分別滴加于質量分數(shù)為1%的CS溶液中,攪拌均勻后再靜止脫泡,得一系列交聯(lián)程度不同的CS制膜液,分別涂布于PAN基膜上,然后用紅外燈在34℃下烘干即可.(2)CS-CMC聚電解質膜的制備:分別配制CS及CMC制膜液,按表1配比在PAN基膜上先涂布CS層,接近干燥后再涂布CMC層,二者在界面處形成絡合層,然后在紅外燈下烘干即可.所制得6種膜的制膜液固含量均為1.5%,故膜厚度基本相同.1.3滲透液的制備實驗裝置參見文獻,實驗用95%乙醇為原料,測定不同膜的滲透通量和分離因子.裝于PV池中膜的有效面積為0.00196m2.料液進池前經恒溫浴預熱至需要的溫度,膜下抽真空至200Pa,在膜兩側組份分壓差作用下,組份選擇性透過膜,透過物經液氮冷卻的冷阱冷凝收集.由感量0.1mg的電子天平稱重和氣相色譜分析濃度,得到單位時間內透過物的重量和組成,用J=w/(A·Δt)計算膜的滲透通量[式中J/(g·m-2·h-1)為膜的滲透通量;w/g為滲透物的重量;A/m2為膜的有效面積;Δt/h為滲透物收集時間];用α=YwXe/XwYe計算分離因子[式中α為分離因子;Yw和Ye分別為滲透液中水及乙醇的質量分數(shù);Xw和Xe分別為料液中水及乙醇的質量分數(shù)].2結果與討論2.1酸加入量對膜分離性能的影響多元有機酸中的羧基—COOH與CS中的游離氨基—NH2進行酸堿中和作用生成鹽,并形成空間網(wǎng)狀結構.由于乙醇分子體積較大,且在聚電解質中溶解性能變差,通過膜的阻力增大,滲透通量迅速下降.相反,料液中的水在聚電解質膜中的溶解擴散性能提高,水通量略有增大.因此,隨著有機酸加入量的增加,參與反應的氨基增多,鹽析效應增強,膜的總通量下降,分離因子上升.圖1的實驗數(shù)據(jù)表明,實驗初期膜的總通量隨著有機酸加入量增加而下降,分離因子增大.但總滲透通量有最小值,而分離因子有最大值.隨著有機酸的加入,總通量回升,分離因子下降.這可能是由于當酸堿中和作用達到飽和后,多余的有機酸小分子游離于膜內,膜的結構變疏松所致.圖1還表明,草酸/CS膜的滲透通量明顯比檸檬酸/CS膜的大,其中的原因尚待進一步研究.2.2cs/cmc膜的表征從圖2可看出,隨著膜中CS量的增加,滲透通量越來越大,而分離因子出現(xiàn)最大值.此時分離因子為2350,相應滲透通量約為850g/(m2·h),優(yōu)于單獨的CS及CMC膜.表明形成了具有更強的水合性能和排斥有機溶劑能力的聚電解質絡合物.圖2中分離因子的最高點意味著CS與CMC絡合反應形成的絡合物結構最為致密.該點的位置與CS的脫乙酰度及CMC的取代度有很大關系,即最優(yōu)膜性能對應的CS/CMC比例與原料質量有關.2.3膜通量與溫度的關系以質量分數(shù)0.7%的草酸交聯(lián)的CS膜在不同進料溫度下的滲透通量和分離因子如圖3和圖4.通量與溫度的關系可用Arrhenius方程J=J0exp[Ea/(RT)](式中Ea為表觀滲透活化能)表示,符合膜通量與溫度的一般規(guī)律.圖4在計算機上擬合得到直線方程:Y=20.0661-4458.31x,求得Ea=37.07kJ/mol,此能量級與