1、（20届）本科毕业设计渗透汽化分离有机有机恒沸体系的研究THESTUDYOFPERVAPORATIONANDORGANIC/ORGANICAZEOTROPICMIXTURES所在学院专业班级应用化学学生姓名学号指导教师职称完成日期年月摘要【摘要】渗透汽化是一种选择性高、工艺简单而且节能的新型膜分离技术。渗透汽化可用于分离蒸馏、萃取难以分离或不能分离的恒沸点、近沸点混合物及热敏性物质。本文在共混膜的基础上添加4A分子筛制备了PVA/PVP/4A分子筛杂化膜，并研究了分子筛的含量、操作温度和料液组成对杂化膜渗透汽化分离甲醇/醋酸甲酯性能的影响。【关键词】渗透汽化；4A分子筛；杂化膜渗透汽化分离有机
2、有机恒沸体系的研究IIITHESTUDYOFPERVAPORATIONANDORGANIC/ORGANICAZEOTROPICMIXTURES【ABSTRACT】PERVAPORATIONISAHIGHLYSELECTIVE,SIMPLEANDNEWENERGYSAVINGMEMBRANESEPARATIONTECHNOLOGYPERVAPORATIONCANBEUSEDTOSEPARATEAZEOTROPES,CLOSEBOILINGMIXTURESANDTHERMALLYSENSITIVECOMPOUNDSWHICHAREDIFFICULTTOSEPARATEBYDISTILLATIONA
3、NDEXTRACTIONBASEDONTHEPVA/PVPBLENDMEMBRANE,ZEOLITE4AINCORPORATEDPOLYVINYLALCOHOL/POLYVINYLPYRROLIDONEHYBRIDMEMBRANEWASPREPAREDTHEEFFECTSOFZEOLITECONTENT,OPERATINGTEMPERATUREANDFEEDCOMPOSITIONWERESTUDIED【KEYWORDS】PERVAPORATIONZEOLITE4AHYBRIDMEMBRANE渗透汽化分离有机有机恒沸体系的研究IV目录1引言12绪论121渗透汽化膜分离技术的发展史122渗透汽化膜
4、分离技术的简介2221渗透汽化膜分离技术的基本原理及过程2222影响渗透蒸发过程的因素423渗透蒸发膜5231渗透蒸发膜的分类5232渗透蒸发膜的制备方法63PVA/PVP/4A分子筛杂化膜渗透汽化分离甲醇/醋酸甲酯性能的研究731甲醇/醋酸甲酯混合物分离的研究7311甲醇和醋酸甲酯的性质及其应用7312甲醇/醋酸甲酯混合物分离方法的研究进展732论文研究背景833实验部分8331实验试剂和仪器8332PVA/PVP/4A分子筛杂化膜的制备9333PVA/PVP/4A分子筛杂化膜红外表征（FTIR）9334PVA/PVP/4A分子筛杂化膜结晶度的表征（XRD）9335PVA/PVP/4A分子筛
5、杂化膜的吸附溶胀实验错误未定义书签。336PVA/PVP/4A分子筛杂化膜的渗透汽化实验1034结果与讨论11341杂化膜的红外光谱11342杂化膜的结晶度11343杂化膜的渗透汽化性能1235本章小结144结论15参考文献16致谢错误未定义书签。渗透汽化分离有机有机恒沸体系的研究11引言当今的社会科技发达，对实际生产生活中的技术要求较高，尤其是分离技术。在各类纷繁的分离手段中，有一种较为新兴的技术，即渗透汽化分离。渗透汽化分离可以用于液体混合物的分离，它具有传统方式不具备的优点，即以低能耗完成蒸馏、萃取、吸收等过程。渗透汽化分离适用于多种类型的分离过程，现阶段通过与其它分离技术的集成以及本身
6、工艺的改进，得到了较为广泛的应用前景。本文通过共混的方法，制备了PVA/PVP/4A分子筛杂化膜，利用渗透蒸发对甲醇/醋酸甲酯混合物进行了分离，并对其分离性能进行了研究。研究内容包括分子筛含量、操作温度及料液中甲醇含量对杂化膜渗透汽化性能的影响。2绪论21渗透汽化膜分离技术的发展史随着当今社会的不断发展进步，人们对与生产实践密切相关的分离技术的要求越来越高，也在一定程度上增加了分离的难度。根据实际的需求，分离所涉及到的方法也从简单到复杂、技术从低端到高等、工艺从单一方法到各类方法联用，以满足人类对生活改善日新月异的需求。在实际需求的不断推动下，不断涌现出各类新兴技术方法，其中就包括膜的渗透汽化
7、分离。渗透汽化（PV）是可以用于液体混合物分离的一种新型分离技术，十多年前即被人们应用为工业上的实用化技术。1该技术可以用于液体混合物的分离，它具有传统方式不具备的优点，即以低能耗完成蒸馏、萃取、吸收等过程。在蒸馏法难以分离的近沸点及恒沸点体系中，渗透汽化分离的优势更为明显；渗透汽化分离应用于有机物脱水时，分离快速、能耗小。2在1917年KOBER发表的文章中，第一次出现了“渗透蒸发”。他利用带有火棉胶的容器，进行了从白蛋白甲苯溶液中脱水的选择性实验，进而发现了这一现象。1956年HEISLER利用一组再生纤维从乙醇溶液中渗透蒸发脱水。20世纪中期，BINNING用均质膜对液体混合物的分离进行
8、了广泛的研究，对许多类型混合物实现了分离，这是首次有关渗透蒸发的重大研究。20世纪的70年代末到80年代初，是渗透蒸发技术飞速发展的一个阶段。在能源危机之后，渗透汽化分离有机有机恒沸体系的研究2产生了在工业中降低能耗的新需求，使得这项技术得到了人们的高度重视。在此之后的研究人员，在不同的体系中进行不同的分离研究，使得这项技术真正地走向了工业化，并应用于其它各类领域。20世纪的80年代，我国开始了对渗透蒸发膜技术的研究。自1986年以来，这一领域的工作开始活跃起来，在膜材料、膜的制备和传递机理等方面的研究都取得了一定的进展。1992年，清华大学研制的改性聚乙烯醇/聚丙烯腈复合膜通过了技术鉴定；1
9、995年，浙江大学与衢化公司合作进行了年生产无水乙醇80吨的中试试验；1995年，中科院化学所进行了日处理量260升的工业酒精渗透蒸发脱水试验；1998年，燕山石化建立了我国第一个千吨级苯脱水示范工程。在我国，随着生产力的发展和科学技术的进步，渗透汽化膜分离技术的研究和开发也不断深入，应用领域也不断扩大。22渗透汽化膜分离技术的简介221渗透汽化膜分离技术的基本原理及过程图1为渗透蒸发过程的原理图。其过程是利用一张渗透蒸发膜，将进料液相和透过气相分隔开，并在气相的一侧抽真空或通以惰性气流吹扫，把渗透组分的蒸汽压控制到接近为零，液相中产生的化学位梯度（指膜两侧的分压压差）作为传质推动力的膜分离过
10、程。料液中的各个组分物理化学性质有所不同，所以它们在渗透蒸发膜中的热力学性质（指溶解度）和动力学性质（指扩散速率）存在着差异，因此，料液中各组分渗透通过膜的速率不同，使它们可以分别富集在膜的两侧，从而实现了料液分离。3渗透汽化分离有机有机恒沸体系的研究3图1渗透蒸发过程示意图根据膜两侧分压差的形成原因不同，可以将渗透蒸发过程分为以下几种31热渗透蒸发图2热渗透蒸发过程示意图热渗透蒸发过程如图2所示，该过程通过将料液加热并在透过侧冷凝的方法，形成了膜两侧组分的蒸汽压力差。该方法费用小且操作也较为简单，存在的缺点是不能有效地保证不凝气体从系统中排除。同时，蒸气分子从下游侧膜面到冷凝器完全依赖于分子
11、的扩散和对流，所以传递速度很慢，传质的推动力比较小。2真空渗透蒸发图3下游侧抽真空的渗透蒸发示意图3冷凝加抽真空渗透蒸发图4下游侧冷凝加抽真空的渗透蒸发示意图渗透汽化分离有机有机恒沸体系的研究44载气吹扫渗透蒸发图5下游侧惰性气体吹扫渗透蒸发示意图222影响渗透蒸发过程的因素1膜材料及其结构，以及被分离组分的物化性质渗透汽化分离取决于由膜的性质，膜的物理结构，待分离混合物的物理化学性质等。该因素也是影响渗透蒸发过程因素中，最为重要的因素。4由于它可以影响组分在膜中的溶解性以及扩散性，因此将直接影响膜的分离效果。除此之外，膜的材料结构还决定了膜的稳定性、寿命、抗化学腐蚀以及耐污染性的好坏等因素。
12、而料液组分的分子量大小、化学结构以及立体结构可以直接影响其溶解能力和扩散行为。52温度在大部分的情况下，实验的温度对膜渗透率的影响都可以用ARRHENIUS公式表示。渗透扩散系数等于扩散系数和溶解度系数的乘积，其中，扩散系数以及溶解度系数随温度的变化都能够满足ARRHENIUS公式。因此，可以由ARRHENIUS公式来表示温度对渗透率的影响。其中，由式（1）计算表观渗透活化能6（1）其中QT某温度下的膜渗透率Q0原始温度下的膜渗透率此外，温度对分离系数的影响较为复杂，目前没有一定的影响规律。在绝大部分的情况下，体系的分离系数会随着温度的上升而下降。63分离液体浓度的影响目前的研究结果表明，随着
13、料液中优先渗透组分浓度的提高，渗透总量也将提高。但它渗透汽化分离有机有机恒沸体系的研究5们之间并不存在准确的定量关系。4上、下游压力的影响渗透蒸发的结果受上游侧压力的影响并不大，当上游侧的压力超过1MPA的时候，才会有较为明显的影响。所以，通常情况下将上游侧的压力保持在常压。而分离下游侧的压力变化对分离过程有着更大的影响。在一般情况下，下游侧压力的增加会引起体系渗透率的下降。565浓差极化及温度梯度的影响在渗透蒸发过程中传质速率是比较低的，因此浓差极化比较小。在浓差极化比较小的情况下，其对分离过程带来的影响可以近似于忽略。6膜厚度的影响在分离过程中，膜厚度的增加会引起传质阻力的增大，所以，体系
14、的渗透率将降低。值得注意的是，渗透率的降低倍数和膜厚度的增加倍数之间不存在等量关系。相反，在实际的操作中，即使膜的厚度增加一倍，体系的渗透率降低也不到一倍。而分离系数与膜的厚度无关。因为只有当整个膜的厚度发生改变时，处于干区与膨润层的膜厚度才发生改变，而起分离作用的极薄活性致密层不变。5623渗透蒸发膜渗透蒸发膜是整个渗透蒸发分离过程的关键部分，其中，占据核心位置的渗透蒸发膜是一层致密的无物理孔的分离薄层。而膜的组成和物理化学结构将直接影响到渗透蒸发过程的分离效果。231渗透蒸发膜的分类将渗透蒸发膜分类的时候，在不同的分类标准下，有着不用的分类方法。按照结构，可以将渗透蒸发膜分为均质膜、非对称
15、膜和复合膜；按照膜的材料，可以将渗透蒸发膜分为有机高分子膜、无机膜和有机/无机复合膜；按照膜的分离特性，可以将渗透蒸发膜分为优先透水膜、优先透有机物膜和有机物分离膜等。通常情况下，我们依据结构的不同，对渗透蒸发膜进行研究1对称均质无孔膜对称均质无孔膜，顾名思义，膜的结构是呈现致密无孔的，且孔径均在1NM以下。在制渗透汽化分离有机有机恒沸体系的研究6备这类模的时候，一般选用自然蒸发凝胶法。3对称均质无孔膜具有选择性好、耐压的优点，其突出缺点是结构过于致密引起流动阻力增大，所以使用这类膜的体系中，通量相对较小。2非对称膜非对称膜的材料中包括同种材料的活性皮层和多孔支撑层。两者之中，活性层能够确保膜
16、的分离效果，同时，支撑层的多孔性可以降低膜的传质阻力。鉴于以上优点，非对称膜的生产技术已经十分成熟。3复合膜复合膜是目前研究的重点，与对称膜、非对称膜相比，复合膜具有扩散阻力小、渗透通量高、机械强度好等优点，同时，在选材和制备等方面也有自身的特点。在复合膜中，支撑层和分离层往往使用不同的材料。其基膜一般选用非对称的超滤膜，主要起支撑作用。4离子交换膜离子交换膜的制备技术在国、内外都十分普及，并已在各个渗透蒸发研究领域得到广泛的应用。232渗透蒸发膜的制备方法渗透蒸发膜的制备方法大体与RO、UF等膜的制备方法类似，本文将重点介绍复合膜的一些常规制备方法。61界面聚合法利用界面聚合法进行制备时，通
17、常要预先进行热处理，热处理的作用是使界面反应充分。制备时，首先将支撑层浸入含有活泼单体的水溶液中，然后，将支撑层浸入到另一种含有另一种活泼单体的且与水不互溶的溶剂之中。之后，两种单体会相互反应，从而形成一层致密的聚合物皮层，达到制备的效果。这种方法的优点在于，单体的反应具有自抑性，所以可以制得超薄的皮层。缺点是，这种方法的限制条件较为苛刻，以致应用的范围很窄。2浸涂法利用浸涂法制备复合膜是十分简单、实用的。制备的时候，将支撑膜浸入到含有预聚物单体的涂膜液中。将支撑层取出之后，就会有一层薄溶液附着在其表面。进一步使溶剂蒸发并发生交联，表面层就可以固定在多孔的支撑层上面了。该方法的缺点是容易出现孔
18、的渗漏问题，此外，如果聚合物是玻璃态，涂层内往往会产渗透汽化分离有机有机恒沸体系的研究7生很大的应力而使涂层破损导致出现漏点。3PVA/PVP/4A分子筛杂化膜渗透汽化分离甲醇/醋酸甲酯性能的研究31甲醇/醋酸甲酯混合物分离的研究311甲醇和醋酸甲酯的性质及其应用甲醇是一种重要的工业原料，其用途广泛，是基础的有机化工原料和优质燃料。甲醇主要应用于精细化工，塑料等领域，可以用于甲醛、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲酯等多种有机产品的制造，也是农药、医药的重要原料之一。甲醇在深加工后可作为一种新型清洁燃料，也加入汽油掺烧。甲醇和氨反应可以制造一甲胺。醋酸甲酯的主要生产方法直接酯化法和甲醇羰化法。这两种
19、方法都是以甲醇为原料，甲醇与醋酸甲酯都能形成共沸物。所以从醋酸甲酯中去除甲醇是产品纯化的重要工艺，同时也可将剩余的甲醇回收利用。另一方面，在聚醋酸乙烯醇解生产聚乙烯醇的废液中含有大量的甲醇、醋酸甲酯和醋酸钠，有效地将甲醇与醋酸甲酯分离并回收醋酸甲酯和甲醇能够直接降低聚乙烯醇的生产成本，节约能源，保护环境。所以甲醇/醋酸甲酯混合物的分离有着极其重要的工业意义。312甲醇/醋酸甲酯混合物分离方法的研究进展目前较为常见的分离甲醇/醋酸乙酯混合物的方法就是萃取精馏法。萃取精馏法是在共沸液中添加一种沸点比原有组分均高的萃取剂，萃取剂不和被分离体系中任一组分形成共沸液，但与某一组分有较强的相容性。如此能显
20、著改变原溶液组分间的相对挥发度，从而提高分离效率的分离方法。胡琳娜等7建立了一套40MM的精馏塔用水作为萃取剂进行了萃取精馏分离醋酸甲酯和甲醇的共沸物的实验研究，探讨了溶剂比、回流比、原料液温度和萃取剂温度等主要影响因素的改变对萃取精馏过程的影响。渗透汽化分离有机有机恒沸体系的研究832论文研究背景渗透汽化能有效打破共沸物的共沸平衡，实现共沸物的分离而且比传统的蒸馏法操作温度要低，利用聚合物膜渗透汽化分离共沸物的研究已有很多。有机聚合物膜的易溶胀和其耐溶剂性、耐腐蚀性差等缺陷限制了其分离混合物的应用，而有机无机杂化膜是一种新型类型的渗透分离膜，其兼具有机膜韧性好、密度低、分离性能好和无机膜的强
21、度高、耐溶剂、耐腐蚀等良好机械性能及稳定性的优点。因有机无机杂化膜具有机膜和无机膜两者的优点，所有性能优良的有机无机杂化膜是目前研究的热点。分子筛具有多孔的骨架结构，在结构中有许多孔径均匀的通道，以及许多排列整齐、内表面相当大的空穴。分子筛只能允许直径比空穴孔径小的分子进入孔穴，从而使大小不同的分子分开，因而不同孔径的分子筛可以选择性的吸附相应尺寸的分子，起到筛选分子的作用。4A分子筛孔径为042NM，在工业生产中作为吸附干燥剂被广泛应用，常用于石油和其它工业气体和液体的干燥、脱水净化等。4A分子筛对钙离子有交换能力，也用于制备无磷洗涤剂的助剂和软水剂。4A分子筛可以让甲醇分子通过，但醋酸甲酯
22、由于分子直径大于孔径，不能通过4A分子筛。所以在PVA/PVP共混膜中添加4A分子筛，可以增加甲醇透过膜的量，同时，在共混膜中添加分子筛，可以降低PVA的结晶度，进而增加膜的渗透通量。33实验部分331实验试剂和仪器实验的主要试剂如表2聚乙烯醇聚合度175050国药集团化学试剂有限公司聚乙烯吡咯烷酮K90博爱新开源制药有限公司DAS市售二甲基亚砜分析纯国药集团化学试剂有限公司甲醇分析纯国药集团化学试剂有限公司醋酸甲酯分析纯国药集团化学试剂有限公司4A分子筛大连化物所提供表2实验的主要试剂实验的主要仪器设备如表3渗透汽化分离有机有机恒沸体系的研究9电子天平JA2103N上海民桥精密科学仪器有限公
23、司水浴锅HH1型金坛市宏华仪器厂磁力搅拌器812型上海司乐仪器厂电动搅拌器JJ1100型金坛市宏华仪器厂超级恒温器501型上海实验仪器厂有限公司数显控温电板DB3型金坛市环宇科学仪器厂蠕动泵BTOO100M型保定兰格恒流泵有限公司气相色谱仪5890HP红外光谱仪NICOLET6700THERMO冷阱实验室自制紫外高压汞灯SPECTRONICSCORPORATIONX射线衍射仪D8ADVANCEBRUKER表3实验的主要仪器设备332PVA/PVP/4A分子筛杂化膜的制备将35GPVA、15GPVP和45G二甲基亚砜加入到烧瓶中，在95的恒温水浴中加热搅拌4小时使其完全溶解，即得到30WTPVP
24、的PVA/PVP的共混液。称取一定量的4A分子筛放入烧杯中，加入二甲基亚砜搅拌溶解。在避光条件下称取一定量的DAS加入分子筛烧杯中，避光搅拌均匀，再向烧杯中加入一定量的PVA/PVP共混液，避光搅拌均匀，在避光的条件下静置脱泡。在洁净的玻璃上刮膜，再于避光条件下80烘干。将烘干的膜置于直管型紫外高压汞灯下辐照30MIN，然后将膜从玻璃板上揭下，放入真空干燥箱中备用。膜厚约为40微米。333PVA/PVP/4A分子筛杂化膜红外表征（FTIR）采用傅立叶变换红外光谱仪对干燥后的PVA/PVP/4A分子筛杂化膜进行表征，仪器分辨率4CM1，扫描32次。334PVA/PVP/4A分子筛杂化膜结晶度的表
25、征（XRD）采用X射线衍射仪对PVA/PVP/4A分子筛杂化膜进行了表征。渗透汽化分离有机有机恒沸体系的研究10335PVA/PVP/4A分子筛杂化膜的渗透汽化实验1实验装置及流程渗透汽化实验装置如图6。膜有效面积为636CM2，渗透物通过膜后汽化，被真空泵抽出，经液氮冷却，用冷阱收集渗透液，并称量其重量。实验开始时，先让体系循环3小时后开始进行测试。用气相色谱仪分析料液及渗透液组成。膜的通量及分离系数由下式计算得出JW/（AT）YMEOH/YMEAC/XMEOH/XMEAC其中，J为渗透通量G/H，W为渗透液质量（G），A为膜面积（M2），T为渗透汽化时间（H），YMEOH和YMEAC分别为
26、渗透侧甲醇和醋酸甲酯的质量分数；XMEOH和XMEAC分别为料液侧甲醇和醋酸甲酯的质量分数，为分离系数。1恒温水浴2料液槽3蠕动泵4渗透池5真空表6冷阱7真空泵图6渗透汽化实验装置图2料液和渗透液组成的测定料液和渗透液组成采用气相色谱仪分析，分析条件如下色谱柱毛细管柱检测条件炉温60进样器温度100检测器温度120渗透汽化分离有机有机恒沸体系的研究1134结果与讨论341杂化膜的红外光谱350030002500200015001000COOHPVA/PVP25WT35WT5WT波数CM1图7杂化膜的红外光谱图7为不同分子筛含量杂化膜的红外光谱图。分子筛含量不同的杂化膜其谱图没有明显的变化规律。
27、但随着分子筛含量的增加，羰基的吸收峰略有减小，可能是分子筛含量的增加使得PVA的结晶度下降，进而PVA中的羟基得到释放，与PVP中羰基形成氢键，所以羟基的吸收峰强度逐渐减弱。342杂化膜的结晶度102030405054A354A254APVA/PVP角度图8杂化膜的XRD谱图图8为4A分子筛杂化膜的XRD谱图。从XRD谱图中可以明显看出，杂化膜峰的强度要比PVA/PVP共混膜弱，而且随着杂化膜中分子筛含量的增加，峰的强度逐渐减弱。这说渗透汽化分离有机有机恒沸体系的研究12明随着分子筛含量的不断增加，杂化膜的结晶度逐渐降低，使得溶剂分子更加容易透过膜，渗透通量增加。343杂化膜的渗透汽化性能1分
28、子筛含量对杂化膜渗透汽化性能的影响不同含量的的PVA/PVP/4A分子筛杂化膜（30PVP），在操作温度45，料液甲醇含量20WT条件下，渗透汽化分离结果如图9012345620304050607080渗透通量分离系数分子筛含量WT渗透通量G/H05101520253035分离系数/图9分子筛含量对渗透汽化通量和分离系数的影响从图9可以看出渗透通量随着杂化膜中分子筛含量的增大而逐渐增大。当分子筛含量较少时，渗透通量增加缓慢，变化不大。从分子筛含量达到25WT后，通量迅速增大。从图10甲醇和醋酸甲酯分别透过膜的通量可以看出，当杂化膜中分子筛从无到有，逐渐增加时，甲醇的通量逐渐增加，但醋酸甲酯的通
29、量却有所减小。甲醇分子较小，4A分子筛对甲醇有良好的吸附性。醋酸甲酯分子直径大于4A分子筛的孔径，无法通过4A分子筛，4A分子筛含量的增加使透过膜的甲醇量增加，醋酸甲酯通量减小。当分子筛含量大于25WT时，从图10可以看到甲醇和醋酸甲酯的通量均大幅提高。4A分子筛含量的继续增加，使得杂化膜中PVA的晶态区域减小，减小了PVA的结晶度，膜的自由体积增大，甲醇和醋酸甲酯的通量都增大，总的渗透通量增大。从图9可知，杂化膜的分离系数随着共混膜中4A分子含量的增加先增大后减小，当分子筛含量为25WT时达到最大值344。当4A分子筛含量由0WT增加到2,5WT时，甲醇的通量逐渐增大，而醋酸甲酯的通量逐渐减
30、小，所以杂化膜的分离系数逐渐增大，当分子筛含量大于25WT时，随着分子筛含量的增大，醋酸甲酯透过膜的量也在不断增加，进而杂化渗透汽化分离有机有机恒沸体系的研究13膜的分离系数降低。01234560102030405060渗透通量G/H杂化膜中4A分子筛含量甲醇渗透通量醋酸甲酯渗透通量图10分子筛含量对甲醇和醋酸甲酯渗透汽化通量的影响2温度对杂化膜渗透汽化性能的影响含254A分子筛的PVA/PVP/4A杂化膜（30PVP），在料液甲醇含量为20WT的条件下，不同操作温度时渗透汽化分离结果如图112030405010203040506070渗透通量分离系数温度渗透通量G/H203040506070
31、8090分离系数/图11操作温度对渗透通量和分离系数的影响图11为操作温度对渗透通量和分离系数的影响。从图中可知，渗透通量随着温度的升高逐渐增加。当温度由25升高至55时，渗透通量由117G/H增加到636G/H。因为温度升高使得分子的热运动加剧，分子在膜中的扩散速度增加；温度升高还可以是膜两侧的蒸汽压差得到提高，进而提高了渗透过程的传质推动力，增大了膜的渗透通量。温度的增加也使膜中高分子链的运动增加，进而使膜的自由体积增大，溶剂通过膜的阻力减小，渗透通量增大。从图11中可以看出，随着温度的升高，杂化膜的分离系数逐渐减小。温度升高增加了膜的溶胀度，膜的自由体积增加，从而使透过杂化膜的醋酸甲酯量
32、增加，使得分离系数减小。渗透汽化分离有机有机恒沸体系的研究143料液组成对杂化膜渗透汽化性能的影响含254A分子筛的PVA/PVP/4A杂化膜（30PVP），在操作温度45条件下，不同甲醇含量的料液渗透汽化分离结果如图1201020304050020406080100120140渗透通量分离系数料液中甲醇含量WT渗透通量G/H2025303540分离系数/图12料液组成对渗透通量和分离系数的影响图12为料液中甲醇含量对杂化膜渗透通量和分离系数的影响，随着甲醇含量的增加，渗透通量逐渐增大。料液中甲醇含量由10增加到40时，渗透通量由108G/H上升到1264G/H。甲醇含量的增加，使得通过4A分
33、子筛孔穴透过杂化膜的甲醇量增加，渗透通量增加；同时，甲醇含量的增加也使杂化膜的溶胀度增加，膜的自由体积变大，透过膜的醋酸甲酯量也增大，渗透通量增加。从图12还可得知，随着料液中甲醇含量的增加，杂化膜的分离系数逐渐减小。当甲醇含量由10增加到40时，分离系数由375减小到235。甲醇含量的增加，使得膜的溶胀度增大，膜的自由体积增加，醋酸甲酯透过膜的量增加，分离系数减小。35本章小结本章制备了4A分子筛填充的PVA/PVP杂化膜，并用DAS对PVP进行了交联。由于4A分子筛只能让甲醇透过，而醋酸甲酯无法透过4A分子筛，PVA/PVP4A分子筛杂化膜较PVA/PVP共混膜的渗透汽化分离性能有较大提高
34、。分子筛含量对杂化膜的渗透汽化分离性能有较大影响，当分子筛含量逐渐增大时，杂化膜的渗透通量不断增大，但分离系数随着杂化膜中分子筛含量的增大先增大后减小，当分子筛含量为25WT时，杂化膜的分离系数达到最大值。随着操作温度的升高和料液中甲醇浓度的增加，杂化膜的渗透通量均逐渐增大，分离系数逐渐减小。渗透汽化分离有机有机恒沸体系的研究154结论本文采用共混的方法制备了4A分子筛填充的PVA/PVP杂化膜。运用红外光谱仪和X射线衍射仪，对杂化膜进行了表征。从杂化膜的XRD谱图中可以看出，杂化膜的结晶度小于PVA/PVP共混膜。随着分子筛含量的增加，峰的强度逐渐减弱，表明分子筛的加入能有效降低PVA的结晶
35、度，且随着分子筛含量的增加，膜的结晶度逐渐下降。此外，本文研究了PVA/PVP/4A分子筛渗透汽化分离甲醇/醋酸甲酯，实验结果表明，随着杂化膜中分子筛含量的增加，渗透汽化通量逐渐增大，分离系数先增大后减小；随着操作温度、料液中甲醇浓度的升高，渗透通量逐渐增大，分离系数逐渐减小。渗透汽化分离有机有机恒沸体系的研究16参考文献1陈镇,秦培勇,陈翠仙渗透汽化和蒸汽渗透技术的研究、应用现状及发展现状J膜科学与技术,2003,234372陈翠仙,韩宾兵,李继定渗透汽化膜分离技术及其研究、应用进展J科技导报,200063严希康生物物质分离工程M北京化学工业出版社,20104ROBERTYMHUANGLIQ
36、UIDSEPARATIONBYMEMBRANEPERVAPORATIONAREVIEWJINDENGCHEMRES,1997,364104810665刘家祺分离过程与技术M天津天津大学出版社,20016王学松现代膜技术及其应用指南M北京化学工业出版社,20057胡琳娜,李春利,杨振生,李柏春萃取精馏分离甲醇与醋酸甲酯的实验研究J河北工业大学学报,2000,29627318张洪流化工原理传质与分离技术分册M北京国防工业出版社,20099平郑骅渗透蒸发的原理和应用J上海化工,2004,2064610田秀枝,朱宝库,徐又一,徐志康渗透蒸发脱除水中挥发性有机物的研究进展J环境污染与防治,2004,25
37、212913211YAMAGUCHIT,TOMINAGAA,KIMURASCHLORINATEDORGANICSREMOVALFROMWATERBYPLASMAGRAFTFILLINGPOLYMERIZEDMEMBRANESAICHEJ,199642389289512YAMAGUCHIT,SUZUKIT,KAITHOLLOWFIBERTYPEPOREFILLINGMEMBRANESMADEBYPLASMAGRAFTPOLYMERIZATIONFORTHEREMOVALOFCHLORINATEDORGANICSFROMWATERJMEMBRSCI,2001,194221722813MISHIMAS,NAKAGAWATSORPTIONANDDIFFUSIONOFVOLATILEORGANICCOMPOUNDSINFLUOROALKYLMETHACRYLATEGRAFTEDPDMSMEMBRANEJAPP1POLYMSCI200075677378314张哲然,陈龙祥,由涛,张庆文,洪厚胜材料导报,2010,241910811115WANGL,LIX,YANGYPREPARATION，PROPERTIESANDAPPLICATIONSOFPOLYPYRROLESJREACTFUNCTPOLYM,2001,472125
