耐化学腐蚀FAS-TiO2超疏水网制备及其油水分离性能

采用溶胶凝胶法在不锈钢网上涂覆二氧化钛(TiO_2)颗粒构筑了微纳米级粗糙表面,然后通过氟硅烷(FAS)接枝改性降低表面能,制备了一种耐化学腐蚀的氟硅烷-二氧化钛(FAS-TiO_2)超疏水网,并将其应用在油水分离中。采用水接触角(WCA)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱分析(XPS)对FAS-TiO_2网进行了表征,分析了FAS-TiO_2网的实际应用性能。结果表明水滴与所制备的网表面接触角为159°,且滑动角非常小;FAS-TiO_2超疏水网在腐蚀性溶液,极性有机溶剂及热溶液中具有优异的化学、热稳定性及再循环使用能力。而且FAS-TiO_2超疏水网能够仅利用重力驱动,快速高效地分离各种油水混合物。在苛刻的酸、碱、盐和热环境下FAS-TiO_2网重复使用30次,其油水分离效率仍然保持在95%以上。FAS-TiO_2网制备过程简易、性能优异,在油水分离中有着广泛的适用性。

低临界共溶温度PES体系制备微孔膜的研究

以聚醚砜(PES)/N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)/一缩二乙二醇(DEG)低临界共溶温度(LCST)体系为铸膜液,利用低临界共溶温度(LCST)的热致相分离(LCST-TIPS,简称RTIPS)法制备了PES微孔膜。通过透光实验测试RTIPS过程的LCST,以扫描电镜、渗透和力学实验表征膜的形态和性能。研究了非溶剂/溶剂(DEG:DMAc)质量比和成膜水浴温度对PES膜结构和性能的影响。实验结果表明,随DEG:DMAc质量比增加,相分离温度降低;利用RTIPS技术抑制了膜断面指状孔的出现,形成表面有明显微孔和断面对称的双连续膜结构;DEG:DMAc质量比0.8:1,成膜水浴温度60℃,膜纯水通量和平均孔径最大;通过RTIPS机理所成膜综合力学性能优于非溶剂致相分离(NIPS)法所制备的膜。

直接甲醇燃料电池用质子交换膜SPEEK/SGO/SPEEK的研究

采用无水对氨基苯磺酸(SA)对氧化石墨烯(GO)进行了磺化,并得到磺化氧化石墨烯(SGO),将磺化聚醚醚酮(SPEEK)膜包裹在SGO纸的两侧,制备了SPEEK/SGO/SPEEK膜作质子交换膜(PEM).通过膜性能表征可知,与SPEEK和SPEEK/GO/SPEEK膜相比,SPEEK/SGO/SPEEK膜的离子交换容量(IEC)提高,质子传导活化能(Ea)明显降低,甚至与Nafion*112膜相近,而其甲醇渗透率远低于Nafion*112膜.将膜组装成直接甲醇燃料电池(DMFC),经测试电池性能得到SPEEK/SGO/SPEEK组装的DMFC的最高能量密度在80℃和1mol/L甲醇浓度时可达42.1mW/cm^2,比商业Nafion*112膜组装的电池的最高能量密度高35.4%,明显优于SPEEK和SPEEK/GO/SPEEK膜,且电池稳定性良好,证明SPEEK/SGO/SPEEK膜在PEM的应用方面具有很大的潜力.

糖基掺杂聚酰胺纳滤膜制备及其性能研究

以哌嗪和糖基物质(葡萄糖、蔗糖和棉子糖)的混合溶液为水相,均苯三甲酰氯的正己烷溶液为油相,采用界面聚合法制备了糖基掺杂的聚酰胺复合纳滤膜.其中,选择了蔗糖掺杂的纳滤膜,讨论了蔗糖和哌嗪的不同比例对纳滤膜的渗透性和分离性能的影响,并对其膜的微观结构、表面润湿性、表面电荷特征进行了详细的测试与表征.蔗糖的掺杂改变了膜的表观结构,降低了膜的粗糙度和聚酰胺皮层厚度,提高了膜的表面亲水性;随着蔗糖比例的增加,纳滤膜的渗透性能也随之增加;当蔗糖质量分数达到0.8%时,膜对Na 2SO 4的截留率仍保持在99.1%,而纯水通量则达到97.0 L/(m^2·h·MPa),较原始TFC膜上涨了86%.

PTFE-PDMS／PVDF复合膜制备及其渗透汽化性能

制备了以聚偏氟乙烯PVDF超滤膜为底膜的聚四氟乙烯PTFE超细粉体填充聚二甲基硅氧烷PDMS复合膜,并用于氯仿水溶液体系的渗透汽化。采用SEM和接触角分析研究了膜结构及表面性能。研究了PTFE:PDMS质量比、料液流速、料液浓度对渗透汽化性能的影响;采用串联阻力模型分析了渗透汽化氯仿水溶液的传质过程。研究表明,填充PTFE提高了PDMS膜渗透汽化性能;流量大于200 mL min 1时渗透汽化传质阻力主要由膜阻力控制;在流速低于200 mL min 1时,浓差极化产生的氯仿传质边界层阻力最大可达膜阻力的29倍。

纳滤膜功能层构筑及其应用

本文主要综述了相转化、表面荷电、表面涂敷、层层自组装、界面聚合等纳滤膜功能层制备方法、纳滤膜功能层材料、纳滤膜组件与模块设计、纳滤膜应用等,展望了纳滤膜的发展方向。

呼吸图法制备三醋酸纤维素蜂窝状多孔膜

选用三醋酸纤维素(CTA)为膜材质,采用呼吸图法制备有序的蜂窝状多孔膜.考察了溶剂、浓度、温度、湿度等条件对蜂窝状微孔膜微观结构和孔径大小及孔径均匀性的影响.实验表明,湿度(RH)在70%~90%,以载玻片为基板可以制得孔径3μm左右的蜂窝状膜.

NaA分子筛膜反应器内乙基叔丁基醚的合成

针对乙醇和叔丁醇反应制备乙基叔丁基醚(ETBE)时产物水的阻碍效应所造成的ETBE收率不高的问题,提出以中空纤维NaA分子筛膜为核心元件,构建渗透汽化膜反应器(PVMR),使反应生成的水能够通过渗透汽化作用高效地在线脱除。通过与普通反应器的对比实验发现,料液初始醇比的升高可以抑制副反应的进行,提高ETBE的最终收率,但同时乙醇的稀释作用会导致PVMR脱水效率的下降。此外,无论是增加初始料液中乙醇的用量,还是采用具有过程强化作用的PVMR,对该醚化反应过程的促进作用均体现在主反应选择性的提高,而对叔丁醇转化率的影响则相对较小。结果表明,通过反应条件的优化,ETBE的收率由最低时的9%提高到25%。

γ-Al2O3/α-Al2O3陶瓷中空纤维纳滤膜制备与分离性能

采用溶胶-凝胶法对平均孔径为230 nm的α-Al_2O_3中空纤维陶瓷基膜改性,利用浸渍提拉法制备得到了平均孔径为1.6 nm,切割分子量为4000 Da的γ-Al_2O_3/α-Al_2O_3陶瓷中空纤维纳滤膜,讨论了操作压力、盐浓度、进料液p H值对膜性能的影响,以及膜对不同无机盐(氯化纳、氯化钙和硫酸钠)与不同染料(506 Da的维多利亚蓝B、408 Da的结晶紫、800 Da的甲基蓝和327 Da的甲基橙)的分离性能。研究结果表明,荷正电的维多利亚蓝B和结晶紫截留率分别为98.2%和96.3%,荷负电的甲基蓝和甲基橙截留率分别为89.7%和35.7%,因而γ-Al_2O_3/α-Al_2O_3陶瓷中空纤维纳滤膜为荷正电膜。

面向盐湖卤水和海水的锂资源膜法提锂现状与进展

综述了盐湖卤水和海水锂资源提锂研究现状,尤其讨论了沉淀法、萃取法、蒸发结晶法、吸附法以及新兴的膜分离技术等盐湖卤水锂资源提锂方法,以及锂离子筛吸附剂海水提锂法,重点讨论了高镁锂比盐湖卤水的电渗析、纳滤、膜蒸馏等研究进展,提出了高镁锂比盐湖卤水开发思路。

NIPS法制备小孔径SPES-PES共混UF膜及其性能表征

采用非溶剂致相分离(NIPS,nonsolvent induced phase separation)法制备小孔径磺化聚醚砜-聚醚砜(SPES-PES)共混超滤(UF)膜,对其进行性能表征,讨论溶剂、聚合物浓度、聚合物配比对膜性能的影响.结果表明,溶剂对膜性能的影响较大,用N,N二甲基乙酰胺(DMAc)制得的UF膜通量和截留率相对来说都比较好;随着聚合物SPES-PES浓度的增大,水通量减小,对PEG10000的截留率先增大再基本保持不变;根据实验结果,共混UF膜的截留分子质量(MWCO)小于6 000Da,其为负电荷小孔径共混UF膜.根据Matlab计算,共混UF膜的孔径为1.98nm,其MWCO为3 060Da.

PSf-CA中空纤维血液透析共混膜的制备及性能

以聚砜(PSf)和醋酸纤维素(CA)为膜材料,一缩二乙二醇(DEG)为添加剂,聚乙烯吡咯烷酮(PVP-K30)为改性剂,N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂,采用非溶剂致相分离法(NIPS)制备PSf-CA中空纤维血液透析膜,表征膜的微观结构、亲水性、渗透性能、溶质清除率以及机械性能,讨论不同共混比和不同品牌聚砜对PSf-CA中空纤维膜性能的影响,以及不同模拟液流速和不同透析液流速对溶质清除的影响.结果表明:当PSf(质量分数19%)与CA(质量分数2%)总量(质量分数)21%、PVP-K30(质量分数)10%和DMAc/DEG质量比5/1为铸膜液体系时,PSf-3所制备的膜具有最佳的透析性能,其超滤系数为1 695mL/(m^2·h·kPa),对肌酐、磷酸氢二钠、维生素B_(12)的清除速率分别为116 mL/min、115 mL/min和105mL/min,断裂强度为5.65 MPa.

反应致相分离一步法制备超疏水亲油膜用于乳化油水分离

利用反应致相分离法,以丁基甲基丙烯酸酯(BMA)和乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDMA)为反应单体,制备得到了水接触角为154°、滚动角为4°的超疏水BMA EDMA聚合物微孔膜.制备过程简易,反应条件温和,有着广泛的适用性.通过动态接触角、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱对微孔膜进行表征.BMA EDMA膜表面具有疏水的化学基团和较高的表面粗糙度,因此表现出超疏水和超亲油性.制备得到的超疏水BMA EDMA膜对乳化油水混合物具有稳定的通量和高分离效率,且具有优异的环境稳定性.

一步法制备含氨基化合物的非对称CO2分离膜

采用一步相分离法,制备以聚醚砜(PES)为主体材料,二乙醇胺(DEA)为添加剂和氨基载体的膜,用于CO_2分离。考察了PES浓度、DEA浓度、膜厚度对CO_2/N_2分离性能的影响,同时考察了膜性能的长时间稳定性。当涂膜液中DEA/PES的质量比为12/26、刮刀与无纺布的距离为300μm、进料气压力为0.11 MPa(表压)时,膜的CO_2渗透速率可达274 GPU,CO_2/N_2分离因子可达50。测试温度低于40℃时,DEA/PES膜的CO_2渗透速率和CO_2/N_2分离因子保持稳定。另外,对CO_2/N_2分离性能较好的DEA/PES膜(质量比为12/27)进行CO_2/CH_4分离性能测试,在1 MPa(表压)下性能优于商品膜。上述结果表明,本文研制的DEA/PES膜制备步骤简单,易于规模化制备,性能较优,在CO_2分离领域具有良好的应用前景。

烧结温度对TiO2/不锈钢中空纤维复合膜结构和性能的影响

不锈钢中空纤维膜基膜孔径大,直接涂覆分离层容易产生表面缺陷。在二氧化钛悬浮液中加入聚乙烯醇作为黏结剂,通过真空辅助抽滤法在不锈钢中空纤维基膜表面形成一层均匀的分离层。通过高温烧结得到了TiO_2/不锈钢中空纤维复合膜,考察了烧结温度对于TiO_2/不锈钢中空纤维复合膜表面分离层形貌和结构的影响。不同烧结温度时,TiO_2/不锈钢中空纤维复合膜的表面形貌有所差异;随着烧结温度的升高,不锈钢复合膜的孔径和纯水通量均先升高再下降。当烧结温度为500℃时,表面涂层均匀,孔径分布集中,水通量较高。最后,以SPT-500膜测试了水包油乳液分离效果,分离效率达到99%以上,且具有良好的抗污染性能。

金属盐改性PVA膜及其渗透汽化性能

以聚乙烯醇(PVA)为原料,在PVA水溶液中添加不同类型的金属盐,制备不同金属盐改性的PVA渗透汽化膜,讨论了金属盐对膜溶胀度、机械性能和渗透汽化能力的影响.实验结果表明,加入金属盐(除镁盐)后,改性膜的溶胀度降低,膜的稳定性提高;添加金属盐均能提高膜分离乙酸乙酯溶液的渗透汽化通量.通过改性膜综合性能的比较,LiCl改性膜性能更为优异.随着LiCl含量的增加,膜通量增大.当LiCl添加量为0.1mol时,渗透通量J=110g/(m^2·h),分离因子α=1 700;添加0.3mol LiCl时,J=536g/(m^2·h),α=1 000.

中空纤维膜渗透汽化过程中Dean涡强化传质的CFD模拟

建立了一个三维的弯管式中空纤维膜渗透汽化传质CFD模型,研究Dean涡对渗透汽化过程传质的影响,描述了膜内侧的浓度和速率变化情况,该模型与Leveque传质关联式具有良好的一致性。研究结果显示:弯管膜中Dean涡的存在能降低边界层传质阻力,总传质系数比直管膜提高了4倍;在不同的入口速率和浓度条件下,弯管膜内侧的壁面剪应力均大于直管膜。在膜阻力远小于边界层阻力的情况下,入口速率0.275 m·s^(-1),水浓度10%(质量)时,弯管膜的渗透通量为12636 g·m^(-2)·h^(-1),是直管膜的5倍。可见,弯管式中空纤维膜在渗透汽化过程中具有显著的强化传质效果。

膜过程强化和组件放大的CFD应用

膜分离作为21世纪最具前景的高新技术之一,已广泛应用于化工、环境、生物、医药、电子等领域.然而,能耗高、产量低和寿命短三大问题始终制约着膜组件的应用.寻求合适的方法研究膜组件非理想流动下的传递过程,可用于指导膜组件放大和性能提升.计算流体力学(CFD)作为继量纲分析法和模型法之后一种新兴的化学工程研究方法,已被广泛应用于膜分离领域.本文以膜单元为对象的过程强化研究和以组件为对象的设备放大研究两方面综述了膜分离CFD模拟的最新进展.前者归纳了中空纤维膜、卷式膜和平板膜CFD研究所采用的模型和处理方法;后者总结了中空纤维膜组件三维CFD模拟的简化策略.然后提出两类CFD研究应着重发展的方向.最后根据CFD和膜技术的发展路线,预测两者在未来的结合将更加紧密.

膜厚度对CTA正渗透平板膜性能的影响

利用三醋酸纤维素(CTA)为膜材料,采用非溶剂诱导相转化(NIPS)法制备了不同厚度的CTA平板正渗透(FO)膜,研究了膜厚度对CTA平板FO膜性能的影响.结果表明,随着CTA FO平板膜厚度增加,膜水通量盐通量降低,截留升高.当CTA平板FO膜膜厚度为50μm时,NaCl截留高达77.74%,压力延迟渗透(PRO)模式下的水通量为12.15LMH.30μm的膜孔隙率最大为74.13%,结构参数(S)最小为421μm.

单乙醇胺和二氧化碳对聚酰胺反渗透复合膜的影响

聚酰胺反渗透复合膜的分离性能主要由聚酰胺分离层的结构和性能决定.采用纳米发泡的方法调控聚酰胺分离层的微纳米结构,通过在水相中加入乙醇胺调控二氧化碳的溶解度,借以调控聚酰胺分离层的形貌,考察单乙醇胺用量对聚酰胺反渗透复合膜结构和性能的影响.采用扫描电子显微镜、动态接触角测试仪、傅里叶红外光谱和过滤实验对聚酰胺反渗透复合膜的结构和性能进行表征.结果表明,加入一定量的乙醇胺可以有效改变膜的表面形貌,影响其表面性质,1%的添加量可使膜的通量提升31.5%.