多元酸聚電解質(zhì)滲透汽化膜的制備及性能

多元酸聚電解質(zhì)滲透汽化膜的制備及性能

由于可用于分離有機(jī)物或有機(jī)物質(zhì)、輕水或近沸騰混合物，并進(jìn)行膜蒸發(fā)。德國gft公司生產(chǎn)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(jí)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(yīng)用精細(xì)精細(xì)蒸發(fā)工藝的關(guān)鍵。周繼清等人研究了凈化、評(píng)價(jià)和傳輸網(wǎng)絡(luò)膜的滲透性能。結(jié)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(fù)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(gè)具有三維結(jié)構(gòu)的cs-iiid和一個(gè)具有接口的鈉胺復(fù)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(xiàng)工作中，需要混合甘草和酸、糖和水，以制備聚醚氧化物的復(fù)合膜。羧甲基纖維（cmc）具有羧甲基的聚糖作用。因?yàn)殁c在側(cè)鏈中引入了抗離子鈉，所以具有很強(qiáng)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(shí)驗(yàn)中，溶解的cs和cmc的異質(zhì)結(jié)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(jī)溶劑的聚電解質(zhì)絡(luò)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)部分1.1試劑及儀器殼聚糖為實(shí)驗(yàn)室自制產(chǎn)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(xué)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(zhì)膜的制備(1)多元酸/CS聚電解質(zhì)膜的制備:將CS溶于質(zhì)量分?jǐn)?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(zhì)量分?jǐn)?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(zhì)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(luò)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(shí)驗(yàn)裝置參見文獻(xiàn),實(shí)驗(yàn)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(jìn)池前經(jīng)恒溫浴預(yù)熱至需要的溫度,膜下抽真空至200Pa,在膜兩側(cè)組份分壓差作用下,組份選擇性透過膜,透過物經(jīng)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(shí)間內(nèi)透過物的重量和組成,用J=w/(A·Δt)計(jì)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(shí)間];用α=YwXe/XwYe計(jì)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(zhì)量分?jǐn)?shù);Xw和Xe分別為料液中水及乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)].2結(jié)果與討論2.1酸加入量對膜分離性能的影響多元有機(jī)酸中的羧基—COOH與CS中的游離氨基—NH2進(jìn)行酸堿中和作用生成鹽,并形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu).由于乙醇分子體積較大,且在聚電解質(zhì)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(zhì)膜中的溶解擴(kuò)散性能提高,水通量略有增大.因此,隨著有機(jī)酸加入量的增加,參與反應(yīng)的氨基增多,鹽析效應(yīng)增強(qiáng),膜的總通量下降,分離因子上升.圖1的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,實(shí)驗(yàn)初期膜的總通量隨著有機(jī)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(jī)酸的加入,總通量回升,分離因子下降.這可能是由于當(dāng)酸堿中和作用達(dá)到飽和后,多余的有機(jī)酸小分子游離于膜內(nèi),膜的結(jié)構(gòu)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(jìn)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(shí)分離因子為2350,相應(yīng)滲透通量約為850g/(m2·h),優(yōu)于單獨(dú)的CS及CMC膜.表明形成了具有更強(qiáng)的水合性能和排斥有機(jī)溶劑能力的聚電解質(zhì)絡(luò)合物.圖2中分離因子的最高點(diǎn)意味著CS與CMC絡(luò)合反應(yīng)形成的絡(luò)合物結(jié)構(gòu)最為致密.該點(diǎn)的位置與CS的脫乙酰度及CMC的取代度有很大關(guān)系,即最優(yōu)膜性能對應(yīng)的CS/CMC比例與原料質(zhì)量有關(guān).2.3膜通量與溫度的關(guān)系以質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.7%的草酸交聯(lián)的CS膜在不同進(jìn)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(guān)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(jì)算機(jī)上擬合得到直線方程:Y=20.0661-4458.31x,求得Ea=37.07kJ/mol,此能量級(jí)與