改性PDMS膜的制备与渗透蒸发分离性能研究

从增强疏水性和亲苯性的角度制备了两种PDMS的改性膜:甲基嵌段PDMS膜及PMPhS膜。红外光谱(FTIR)分析表明,甲基嵌段PDMS膜与PDMS膜化学结构相同,而PMPhS中含有苯基。接触角测量结果表明,改性膜的亲苯性和疏水性均增强。采用扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)观察了膜的表面形态结构,确认其改性膜的渗透蒸发分离性能优于未改性膜。PMPhS(JHG-GT-1)膜的通量和分离因子分别达到293g/(m^2·h)和4220,高于文献值。

PDMS膜生物反应器封闭循环连续发酵生产ABE

采用PDMS膜生物反应器和丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum,CICC8012),通过发酵反应与产物渗透汽化原位分离的耦合,实现了丙酮、丁醇和乙醇混合物(ABE)的连续发酵生产。进行了2轮操作持续时间分别为274 h和300 h的发酵实验,分别为间断耦合和连续耦合的操作方式。以连续耦合发酵为例,细胞平均干重为1.68 g L 1,丁醇产量为61.43 g L 1,葡萄糖消耗率为1.12 g L 1 h 1,丁醇的体积产率为0.205 g L 1 h 1,比产率为0.122 h 1,转化率为0.183 g g 1。第二轮连续封闭循环发酵的平均葡萄糖消耗率和丁醇产率,都几乎是第一轮的2倍。两轮发酵的细胞生长、产物浓度、葡萄糖消耗和丁醇生成曲线都出现至少2个峰值,表明丙酮丁醇梭菌能适应这种长期发酵模式并且出现再生长。结果表明,PDMS膜生物反应器封闭循环连续发酵生产ABE(特别是丁醇)的操作模式具有可行性和优越性。

有机蒙脱石填充PDMS膜分离水相有机物的渗透汽化研究

以乙醇、乙酸的水溶液为渗透汽化分离对象,将CTAB柱撑蒙脱石作为填充剂,制备了填充型PDMS(聚二甲基硅氧烷)膜,研究填充膜对乙醇/水及乙酸/水体系的渗透汽化分离.结果表明,蒙脱石的吸附特性及其层间柱撑通道可以明显改善PDMS膜的选择性和通量.填充膜分离乙醇或乙酸的分离效果明显不同,对可能存在的渗透汽化分离机理进行了探讨.

多组分气体混合物在PDMS膜中渗透过程的模拟

近来,利用膜分离法进行可挥发性有机蒸汽(VOCs)的回收受到越来越广泛的关注.但是,对于多组分气体混合物,尤其是含有VOCs的多组分气体混合物在膜中的气体渗透过程的模型模拟则很少有人研究.因此,提出用MS与UNIQUAC的组合模型(MS-U)预测含有VOCs的多组分气体混合物在聚二甲基硅氧烷膜(PDMS)中的渗透过程.与实验数据对比表明:模型对于含有VOCs的气体混合物在PDMS膜中的渗透过程有着很好的预测效果.模型对于多组分气体的预测结果表明:较低的操作温度,适中的进料压力和正戊烷组成,较小的正己烷组成有利于从石油气中回收正戊烷.

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555.80 g/(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。

PDMS膜生物反应器中ABE发酵的实验研究

采用PDMS膜生物反应器和丙酮丁醇梭菌进行了丙酮-丁醇-乙醇(ABE)发酵实验研究。进行了2轮封闭循环连续发酵实验,发酵时间分别为264 h和300 h。2轮实验的发酵-膜分离耦合操作模式有区别:第1轮实验仅在白天(每天8:00～20:00)运行膜渗透汽化同步分离提取ABE产物(间断耦合);第2轮实验则在前192 h发酵阶段全程运行膜同步分离(连续耦合),之后采用和第1轮相同的间断耦合发酵模式。结果表明,第2轮发酵细胞的生长状况和发酵能力好于第1轮;2轮实验发酵液平均浓度分别为1.781 g/L和1.884 g/L;第2轮实验丁醇体积产率、得率系数、丁醇总产量分别比第1轮提高了95.2%、14.2%、121.2%。对发酵动力学行为进行了初步分析。

PDMS膜中气体的膨胀及偏摩尔体积

在２５℃，５０ａｔｍ下的研究在明：聚合物乳液和橡胶中，Ｎ＿２、Ｏ＿２、Ａ＿ｒ、ＣＨ＿４、ＣＯ＿２和Ｃ＿２Ｈ＿５的吸收及聚合物的膨胀取决于气体的吸收。在乳液中低溶解度和高溶解度气体的吸附等温线可由享利定律和Ｆｌｏｒｙ－Ｈｕｇｇｉｎｓ方程来描述。而在含有２９％硅纤维的橡胶中，尽管在Ｏ＿２和ＣＨ＿４的吸收中观察到明显的滞后现象，但气体的吸收仍遵循ｄｕａｌ－ｍｏｄｅ吸收模型。在两种聚合物体系中，膨胀等温线皆随压力的增加呈直线或指数上升。我们认为：气体分子被吸收到纤维粒子的徽孔内而没有参与膨胀。橡胶中溶解气体的偏摩尔体积可由吸收和膨胀数据来确定。这个值近似等于乳液中的偏摩尔体积（４８～６０ｃｍ￣３／ｍｏｌ）。

NaX分子筛填充PDMS膜对丙烯/丙烷分离性能的研究

采用了对丙烯/丙烷有吸附选择性的NaX型分子筛填充PDMS,通过真空涂敷法涂敷至PPESK/PEI中空纤维基膜上,制备了NaX/PDMS中空纤维复合膜。研究了固化温度、固化时间、涂敷时间(抽真空时间)、NaX填充含量对丙烯/丙烷分离性能的影响。实验结果表明,室温下,在固化温度80℃,固化时间80 m in,涂敷时间6 m in,NaX填充含量30%时,复合膜对丙烯,丙烷的分离性能最佳,分离系数达到2.68。为丙烯/丙烷的分离提供了一种新的可能性,开辟了一条研制高性能丙烯/丙烷分离有机膜的新途径。

利用紫外光诱导聚合实现PDMS膜的超快速连续化制备

北京化工大学谭天伟院士和秦培勇教授等人首次使用紫外光诱导聚合法,在开放环境条件下实现了聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜的超快速、连续化制备。首先采用绿色水溶剂法通过硅烷偶联剂3-甲基丙烯酰氧丙基三乙氧基硅烷对羟基封端的PDMS进行功能化修饰,使其共价修饰上光敏基团(C=C),并保持线性状态。然后,通过紫外光辐照诱导聚合反应。

用于从CO_2-DMC体系分离CO_2的PDMS复合膜制备与分离性能

溶剂吸收-膜解吸联合工艺是一种新型具有较低能耗的燃烧前CO_2捕集方法,高通量和高分离因子的解吸膜制备成为此技术的关键。以醋酸纤维素超滤膜为基膜,在聚二甲基硅氧烷(PDMS)中加入不同交联剂进行改性,制备了从CO_2-碳酸二甲酯(DMC)混合液中解吸分离CO_2的非对称渗透汽化膜。研究表明可以从溶解活性、扩散活熊、反应活性提高膜的解吸性能,并研究了不同改性交联剂、膜层厚度、交联温度、解吸液浓度和解吸温度等因素对膜解吸CO_2性能的影响。与文献相比,优化制备所得的PDMS-APTES(3-氨基丙基三乙氧基硅烷)—PTES(苯基三乙氧基硅烷)复合膜具有较大的通量(4970 g×m^(-2)×h^(-1))和分离因子(79.3),具有一定潜在工业应用价值。

PDMS/陶瓷复合膜用于乙醇回收的中试研究

采用中试装置,测评商业化PDMS/陶瓷复合膜回收乙醇的分离性能,考察了进料流量、操作温度及进料液乙醇质量分数对乙醇分离性能的影响,其中,详细研究了进料液乙醇质量分数连续变化时,膜的分离因子和渗透侧乙醇质量分数及水通量等数据的变化趋势。结果表明:在测试范围内,进料流量对膜分离性能的影响不大;随着操作温度的增加或进料液乙醇质量分数的提高,渗透通量增加,渗透侧乙醇质量分数呈现出不同的变化趋势。进料液乙醇的质量分数从9.86%连续降至0.55%的过程中,乙醇/水分离因子逐步提高,乙醇通量逐步降低,水通量基本保持不变。

PDMS复合膜薄层流动膜组件中的渗透蒸发传质动力学

用自制的高性能矩形平板PDMS复合膜构造了薄层流动水力学结构的渗透蒸发膜组件,并进行了乙醇溶液的渗透蒸发传质动力学研究。实验得到了很好的渗透通量与浓度推动力之间的动力学关系。根据膜渗透蒸发的串联阻力概念,把液相边界层传质的Sherwood模型计算值与实验测量的总传质系数相结合,得出了渗透蒸发的膜内传质系数。分析表明,在料液温度25℃时,膜内传质阻力对渗透蒸发传质总阻力的贡献超过70%,说明膜内传质阻力是整个渗透蒸发过程的控制因素。对不同流动状态和不同温度下的传质动力学行为进行了实验测量和分析,结果显示,矩形平板PDMS复合膜与薄层流动膜组件的结合优于我们原来研究过的圆形膜及膜器,可以充分发挥膜的高性能。这一结果对PDMS复合膜和膜组件构形及其渗透蒸发过程的设计和运行具有重要意义。

PDMS/PVDF复合膜分离VOC/N_2的性能研究

采用涂布法制备了聚二甲基硅氧烷/聚偏氟乙烯(PDMS/PVDF)复合膜,并用于VOC/N2体系(正己烷/N2、环己烷/N2、正庚烷/N2二元混合气体)的分离,系统地考察了原料气浓度、原料气流速、操作温度对PDMS/PVDF复合膜分离性能的影响.结果表明,随着原料气浓度的升高、流速的增大,VOC的渗透率及选择性均增大,而随着操作温度的升高,VOC的渗透率和选择性有所降低.连续运行三个月,膜分离性能稳定,正庚烷的渗透率为1.2×10-6 mol/(s·m2·Pa),选择性可达145.

PDMS/PEI复合膜对FCC汽油的脱硫性能 (Ⅰ)制膜条件影响

以聚醚酰亚胺(PEI)超滤膜为支撑层,聚二甲基硅氧烷(PDMS)为复合层,制备PDMS/PEI渗透汽化复合膜对流体催化裂化(FCC)汽油脱硫.通过傅立叶红外光谱仪(FTIR-ATR)对PDMS/PEI复合膜表面进行了结构分析,考察了交联前后官能团的变化.通过扫描电子显微镜(SEM)分析了复合膜表面和断面的形态.将制备的复合膜应用于正庚烷和噻吩体系,研究了不同聚合物PDMS浓度、交联剂浓度,交联温度和交联时间对分离性能的影响,从而得到最佳制膜条件,并考察了膜的溶胀性和在长时间操作下的稳定性.

支撑层对PDMS渗透汽化复合膜分离乙酸-水性能的影响

制备了聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚砜(PES)和聚偏氟乙烯(PVDF)作为支撑层材料的3种PDMS复合膜,研究了支撑层对复合膜分离水中乙酸性能的影响。结果表明,复合膜的分离性能不仅取决于活性层的物理化学性质,也与支撑层的结构及制备方法有关。随着料液浓度的增大,3种复合膜的渗透通量均增加,但分离因子却因不同支撑层材料而不同;随着料液温度的升高,3种复合膜的通量均大幅度增加,分离因子则随之下降;随着料液流速的增加,3种复合膜的渗透通量均先增加而后趋于平稳,分离因子则先降低而后几乎不变。

PDMS复合膜水中脱除乙醇渗透汽化传质过程分析

对聚二甲基硅氧烷(PDMS)/聚砜(PS)复合膜从低浓度乙醇水溶液中脱除乙醇的渗透汽化过程进行了研究。考察了操作温度、料液浓度及流速对渗透通量的影响,并对其传质过程进行分析。结果表明,乙醇渗透通量随料液温度、浓度及流速的增加而增大;利用Wilson图解法确定膜阻,并计算液相传质系数,进而获得传质准数关联式;在此传质过程中,液膜阻力占总阻力50%以上,表明液膜阻力对该渗透汽化过程有较大影响。

内嵌柔性支撑体PDMS复合膜的制备及其C_3气体/N_2分离性能研究

以钢网为支撑体,采用浸渍法制备具有内嵌柔性支撑体结构的聚二甲基硅氧烷(PDMS)复合膜,采用扫描电子显微镜对复合膜的形貌进行分析,探讨了制膜工艺对C_3气体/N_2体系气体渗透性能的影响。研究表明,与PDMS均质膜相比,在保持较高选择性的前提下,内嵌柔性支撑体PDMS复合膜不仅具有较高的气体渗透通量,同时表现出具有良好的柔韧可弯曲性能和机械强度。不同经纬结构的钢网所制备的柔性复合膜的气体渗透性能不同,结构疏松钢网制备的复合膜气体渗透速率较高;PDMS的制备工艺(如单体和交联剂的配比、固化反应时间及浓度)对复合膜的气体分离性能影响较大。在最佳制备工艺条件下,所制备的复合膜对N_2、C_3H_8、C_3H_6气体的渗透速率分别为8、106、178 GPU(1 GPU=10-6 cm3(STP)×cm^(-2)×s^(-1)×(cm Hg)^(-1);C_3H_8/N_2和C_3H_6/N_2的选择性分别为12和21。复合膜对烃类混合气也表现出良好的分离性能,并保持良好的渗透稳定性。

PDMS/PEI膜渗透汽化分离正丁醇/乙醇/水的性能及渗透通量关联模型研究

采用聚二甲基硅氧烷/聚醚酰亚胺(PDMS/PEI)膜渗透汽化分离正丁醇/乙醇/水体系,考察进料温度、进料组成等条件对膜渗透汽化分离性能的影响;采用Arrhenius型半经验渗透通量关联模型描述PDMS-PEI膜分离正丁醇/乙醇/水体系膜通量变化。结果表明,当原料液中正丁醇质量分数分别为4.0%、4.5%和5.0%时,正丁醇/乙醇/水三元体系中正丁醇渗透通量分别至少提高14.2%、17.7%和23.4%。渗透通量关联模型能较好地描述PDMS-PEI膜分离正丁醇/乙醇/水体系膜渗透通量变化。

PSF支撑层结构对PDMS复合膜渗透汽化性能的影响

以4种不同结构的聚砜(PSF)作为支撑层,制备PDMS/PSF渗透汽化复合膜,考察其用于乙醇/水体系的分离性能,以研究支撑层结构对渗透汽化复合膜分离性能的影响。采用SEM和EDX分析复合膜表层结构,结果表明,支撑层结构几乎不影响复合膜的选择性,但对膜通量有较大影响,特别是支撑层的表面结构对复合膜性能的影响比断面结构更明显。

快速油-水分离用PVDF/PDMS超疏水膜的一步法制备及性能

为了制备一种可用于快速油-水分离的超疏水膜,在高压电场作用下,通过静电纺丝法共纺聚二甲基硅氧烷(PDMS)和聚偏氟乙烯(PVDF),一步制备含有PVDF纳米纤维和带有PDMS微球的超疏水复合膜材料。采用场发射扫描电子显微镜、傅氏转换红外线光谱仪和光学接触角仪对该复合膜材料进行形貌和性能分析,结果表明:该超疏水复合膜表现出优异的油-水分离性能,油-水分离通量达到6100 L/(m^(2)·h·bar),分离效率可达99.5%,并且可以连续生产,展现出广阔的应用前景。