PDMS复合膜分离甲苯/氮气的研究及工程实践

采用PDMS复合膜研究甲苯/氮气体系的分离性能,系统考察了进料浓度、进料流速和进料温度对分离过程的影响。结果表明:随着进料浓度的增加或进料温度的升高,甲苯的渗透速率和选择性呈现出下降的趋势;进料流速的提高则有利于提高甲苯的渗透速率和选择性。同时,采用标准商品化的PDMS膜组件用于大型工业储罐排放甲苯/氮气混合尾气的渗透分离性能研究,在一定操作工况下,甲苯的渗透速率和选择性分别达到57 Nm3/(m^(2)·h·MPa)和12.5。

中药挥发油膜法高效富集的油水分离原理研究及其新型膜分离过程的探索实践

膜分离作为新型化工单元操作,可在温和、低成本条件下实现物质分子水平的“高效、低耗”分离,以膜材料为“芯片”再造分离流程可实现物质分离过程“短流程化”,已成为化学工程的重点研究方向之一。通过总结笔者项目组10多年来将膜技术应用于中药油/水分离过程的研究探索,面向中药产业的绿色发展,提出:通过基础研究与应用研究相结合创制新型膜材料,是实现“用”材料和“优化”材料的关键。因此,将多尺度科学的创新性成果有效应用于膜过程分离原理的揭示,利用膜技术的“高效、节能、降耗”等特征实现中药挥发油生产过程的节能减排,构建以膜分离技术为核心的新型分离过程、分离流程及其专属装备,必将为传统产业关键技术的更新换代、新兴产业重大关键技术的研发提供持续性的支持和引领。

膜技术用于微纳粉体制备的研究进展

微纳米材料的宏观性能与其颗粒尺寸和形貌密切相关,将膜分离技术应用于微纳粉体的制备过程,实现粉体的可控制备已成为研究热点.本文介绍了膜乳化、膜分散以及膜洗涤等技术原理,利用膜的微孔道结构对反应相进行控制,可以制备出不同形貌和尺寸的粉体;利用膜的筛分作用实现纳米粉体的固液分离,获得高纯度的粉体.还总结了膜乳化法和膜分散法在制备规整高分子微球和无机纳米颗粒中的应用进展,以及陶瓷膜在湿化学法制备纳米粉体中洗涤除杂的应用,给出了膜技术在纳微粉体制备的研究重点.

专利视域下陶瓷膜技术创新现状、历程与热点

陶瓷膜具有优良的热稳定性和化学稳定性,是过程工业理想的分离膜材料.本文以全球陶瓷膜领域专利为研究对象,采用专利信息计量和主路径分析的方法研究陶瓷膜技术的创新现状、历程和当前热点,以期为我国陶瓷膜领域的技术创新提供参考.研究表明,陶瓷膜技术正处于发展期,中、日、美是当前陶瓷膜技术创新最活跃的国家.专利引文网络的主路径分析显示,1990年以前陶瓷膜领域主要围绕膜制备基础技术创新;随着陶瓷膜制备技术的日益成熟,1991~2005年陶瓷膜的分离应用成为创新的重点;2007年之后科研人员开始面向应用的高性能陶瓷膜制备创新.当前,创新热点主要集中在围绕低碳目标的陶瓷膜材料应用,基于新型二维材料的陶瓷膜制备与应用,以及高精度陶瓷膜材料的制备与应用等.

用于电镀废水处理的膜技术研究进展

电镀废水排放量大、成分复杂,废水中的重金属离子对生物体的毒害大,膜技术因处理效果好、适应性强,成为电镀废水无害化高效处理的先进技术.概述了反渗透、纳滤、电渗析等常规脱盐膜技术在电镀废水处理中的研究现状,着重介绍了强化超滤、超/微滤膜本体改性、共混改性方法以及膜表面改性的应用特性,剖析了其结构设计与重金属去除性能的关系,指出了具有重金属吸附性能的复合膜发展方向,为深度处理电镀废水膜技术的选用提供指导,对促进新型膜技术的发展具有重要参考意义.

面向氢气/甲烷分离分子筛膜微结构调控的研究进展

氢能具有燃烧值高、零碳排放等优势,发展氢能技术是实现"碳达峰、碳中和"战略的重要举措。当前,基于天然气和石油路线的制氢均存在将氢气从甲烷等烃分子中分离的过程。氢气/甲烷分离主要有变压吸附法、深冷精馏法以及膜分离法。分子筛膜具有精准分子筛分、高分离性能和稳定性好等优势,是低能耗分离氢气/甲烷最具发展潜力的膜材料。面向氢气/甲烷分离的应用需求,阐述了沸石分子筛膜和MOFs分子筛膜微结构调控策略、氢气/甲烷分离性能和构效关系的研究现状,分析了分子筛膜材料在氢气/甲烷分离领域的机遇和挑战。绘制了可与2008年聚合物膜Robeson上限图相比的分子筛膜性能数据图,并预测了分子筛膜在制氢分离领域经济可行的分离性能目标区域。

丙烯/丙烷分离的ZIF-8膜研究进展

同碳数烯烃/烷烃的分离是目前石油化工行业中最耗能的过程之一,开发新型的、低能耗的丙烯/丙烷分离过程被认为是改变世界的七项化工分离技术之一。气体膜分离技术因其高效、节能和环境友好等优点被认为是一种可取代传统低温精馏分离丙烯/丙烷混合气体的新型技术。金属有机骨架材料ZIF-8的有效孔径介于丙烯和丙烷的分子动力学直径之间,可对丙烯/丙烷实现高效分离,是目前分离丙烯/丙烷性能最好的膜材料。本文系统总结了ZIF-8膜的制备方法及用于丙烯/丙烷高效分离的发展历程;探讨了ZIF-8膜微结构的调控,尤其是膜缺陷的修复及ZIF-8骨架柔性的控制;总结了ZIF-8膜在分离丙烯/丙烷时,过程参数对于分离性能的影响规律;并提出ZIF-8膜规模化制备及潜在工业分离丙烯/丙烷研究中存在的问题和未来发展方向。

膜反应器用于二氧化碳加氢转变燃料的研究进展

二氧化碳加氢转化甲醇等高值化利用技术不仅可以实现CO_(2)的循环利用,还能产生显著的社会与经济价值,是实现“碳达峰、碳中和”国家战略的重要途径.CO_(2)加氢制甲醇催化剂的研究已趋成熟,但受限于热力学平衡的限制和副产物水诱导的催化剂失活问题,CO_(2)转化效率仍低于预期.膜反应器已成功应用于克服CO_(2)加氢反应的热力学限制,起到了显著的过程强化作用,大幅提升了CO_(2)资源化利用效率.面向CO_(2)加氢转化甲醇等高值化利用需求,系统阐述了膜反应器中关键膜材料的分离性能对反应过程中反应性能的强化作用,分析了膜反应器在CO_(2)加氢转化甲醇工艺中的机遇和挑战.

PVDF疏水膜冷凝处理含氨湿气过程的研究

研究了膜冷凝(MC)法处理含氨湿气的过程,基于自行搭建的小试装置,选择不同孔径聚偏氟乙烯(PVDF)商品膜,考察了MC过程中进料气体污染物浓度、进气流量、进气温度、膜表面温度差ΔT及膜孔径等因素对MC的水回收性能和凝结水中NH_(3)-N含量的影响规律.结果表明,进料气体流量为1.0 L/min,NH_(3)-N质量浓度为400 mg/L,进料温度为50℃且ΔT为20℃时,可以获得较高的水回收性能和较低NH_(3)-N含量的凝结水.

中药制药废水膜法处理的“零排放”技术方案及其实现途径探讨

解决水污染、确保水安全已经成为关系国家长治久安的大事。工业废水是重要的水污染源,所引发的水安全问题业已成为关系民生福祉的敏感问题。已有研究表明,中药制药废水是极难处理的工业废水之一,然而,由于中药制药行业长期处于制药行业中相对落后的状态,关注度较低、新技术使用率低,其废水处理沿用化学制药、微生物制药的方法,针对中药制药废水特征的专属性治理技术缺失导致废水处理效率较低,废水是否可以如期达标排放一直是困扰我国民族医药企业可持续发展的难题。因此,在我国经济结构逐步调整为以产业绿色发展为主体的大背景下,寻找有效方法与路径,对中药制药废水进行有效降解和无害化处理显得尤为重要。总结了中药制药废水处理中存在的技术问题,并结合中药制药废水膜法处理研究中的应用实践,提出膜法“零排放”技术方案及其实现路径,以期为中药制药废水的高效处理提供新的解决策略,服务于水污染治理。

用于膜蒸馏的PVDF膜材料研究进展

PVDF膜作为一种高疏水性膜材料,在膜蒸馏领域被广泛应用。文章从膜材料的开发和多功能应用两个方面对PVDF膜在膜蒸馏领域的研究现状进行了总结。膜材料的开发主要包括PVDF膜的制备方法和膜结构调控策略两个方面;多功能应用方面的概述以海水淡化、工业废水处理等应用为中心,探讨PVDF膜在膜蒸馏领域的现状和发展趋势。

无机杂化海藻酸钠渗透汽化膜的制备与分离性能对比

为提高海藻酸钠(SA)膜的渗透汽化分离性能,分别采用纳米氧化铝、纳米氧化锆和纳米氧化钛对SA膜进行改性,对比分析了3种不同杂化膜渗透汽化分离性能的差异,并将分离性能较好的杂化膜应用到乙酸与乙醇酯化反应脱水的体系中。系统考察了无机纳米粒子含量对SA膜渗透汽化分离性能的影响,对杂化膜进行了接触角、傅里叶红外(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、热重/差示扫描量热(TG/DSC)、X射线衍射(XRD)和拉伸强度等表征与分析。结果表明,无机纳米粒子能提高SA膜的热稳定性、机械强度和渗透通量,当无机纳米粒子与SA质量比为0.3时,掺杂TiO_2、ZrO_2和Al_2O_3的杂化膜二碘甲烷的接触角依次升高,同时渗透通量也依次升高。SA-0.3Al_2O_3杂化膜亲水性较好,然而SA-0.3ZrO_2杂化膜分离性能最优,50℃下分离水含量10%的乙醇-水溶液,膜渗透通量达到336 g·m^(-2)·h^(-1),渗透侧水含量99.97%,分离因子29990。酯化反应脱水实验表明,在80℃时,酯化反应脱水实验乙酸转化率均高于无脱水实验乙酸转化率,平衡转化率不断被打破,反应12 h后,转化率由平衡时的79.3%提高到93.9%。

4nm孔径陶瓷膜去除水中钙离子研究

采用孔径为4 nm的陶瓷膜去除水中的Ca2+,考察了不同Ca2+含量、跨膜压差、溶液pH和温度对陶瓷膜渗透通量和Ca2+截留率随时间的变化情况。结果表明,溶液中的Ca2+含量越低,膜渗透通量越高,Ca2+截留率也越高;跨膜压差升高,膜渗透通量增大,Ca2+截留率降低;降低溶液pH及升高温度能够提高膜渗透通量及对Ca2+的截留率。对Ca2+的质量浓度为10 mg/L的水溶液,在TMP为0.1 MPa、溶液pH为3、温度为50℃时、孔径为4 nm陶瓷膜渗透通量稳定在80 L/(m2.h),Ca2+截留率为85%左右。研究结果可为金属离子微污染水的净化提供方法。

中空纤维分子筛膜制备与应用研究进展

结合团队工作,重点介绍了中空纤维分子筛膜的研究进展,涉及中空纤维分子筛膜制备、膜结构优化、膜组件研制及产业推广情况.经过近10年努力,面向溶剂脱水的中空纤维分子筛膜已实现产业化.相对于溶剂脱水,气体分离对分子筛膜限域孔道微结构和膜制备工艺要求更高,在工业气体分离领域仍属空白.在综述分子筛膜制备与气体分离进展的基础上,提出气体组分调变、稀有气体分离将是中空纤维分子筛膜的重要应用领域.

硅烷化陶瓷膜表面载银改性及其抗污染性能研究

对陶瓷膜表面载银改性以提高其抗污染性能.对α-Al2O3陶瓷膜硅烷化改性后,在其表面负载纳米银颗粒,制备得到载银硅烷化陶瓷膜(Ag-SCM).采用热重、光电子能谱和扫描电镜等仪器对Ag-SCM进行了表征.以大肠杆菌为实验对象,比较了陶瓷膜改性前后的抑菌效果和对菌落总数为107 CFU/mL的水溶液过滤效果.结果表明,纳米银颗粒能均匀地负载到硅烷化陶瓷膜表面,稳定性好;Ag-SCM能有效抑制菌落生长,对水中的菌体100%的截留,并且膜通量有明显改善,表明Ag-SCM能有效地抑制微生物在膜表面的污染.

胶束增强陶瓷膜处理镧离子废水的研究

将十二烷基硫酸钠 （SDS） 与孔径5 nm的陶瓷膜结合，探索胶束增强陶瓷膜法处理镧离子废水的可行性。考察了SDS浓度、跨膜压差 （TMP）、溶液pH值等因素对陶瓷膜过滤性能的影响。结果表明，随着SDS浓度的增大，陶瓷膜对La^3＋ 的截留率从70% 增大到99.9%；当SDS浓度大于临界胶束浓度 （CMC） 后，膜对La^3＋ 的截留率略有降低，大约维持在95%-97% 左右；膜通量则随SDS浓度增大先减小后增大，最后趋于65 L·m^-2·h^-1·bar[换算成MPa]-1。随着TMP提高，膜通量基本呈线性关系增大，膜对SDS和La^3＋ 的截留率略增大。随着溶液pH的升高，渗透通量略有下降，膜对La^3＋ 和SDS的截留率均显著增加。采用体积浓度为0.5% 的稀硝酸清洗污染的陶瓷膜，膜的纯水通量可恢复到95% 以上，重复性好。

面向健康产业应用需求的膜技术与膜材料

健康产业发展潜力巨大,其中,医药、医疗和保健行业占有重要地位,但其面临医药资源利用率低、生产工艺污染严重、高端产品依赖进口、质量标准体系不完善等制约因素。将膜分离技术应用于医药、医疗和保健行业,解决发展面临的诸多问题,对于推进我国健康产业发展将发挥重要作用。鉴于国内外尚无针对膜技术应用于健康产业进展的相关文献报道,本文针对面向健康产业应用的膜技术及膜材料进展进行了综述,探讨了健康产业应用对膜材料提出的要求及标准,重点研究了微滤、超滤、反渗透、纳滤、膜生物反应器、渗透汽化、气体分离、人工脏器等膜材料现状,分析了制约其发展的关键问题并提出相关建议,以期为相关部门及行业人员提供参考。

基于种群密度Logistic模型的共性技术研发机构共生演化研究

通过构建事业性质的研发机构和市场化运作的研发机构共生互动的Logistic演化模型,计算得出该模型的均衡点,并进一步探寻了符合现实情景的稳定性条件。研究发现,与事业性质的研发机构相比,市场化运作的研发机构产出贡献相对较小;同时,市场化运作的研发机构从事业性质的研发机构产出所获得的效益大于其自身产出规模的增长。研究对探寻事业性质的研发机构和市场化运作的研发机构两者之间的关系提供了新的理论视角和方法,为政府制定共性技术研发政策,提升我国核心科技竞争力提供了决策参考。

膜技术在燃煤电厂烟气除尘中的应用

文章分析了e PTFE膜与传统滤料在材料结构与分离机理上的差异,将e PTFE膜和传统滤料用于燃煤电厂烟气除尘,e PTFE膜除尘器出口粉尘浓度为2 mg/m3,传统滤料除尘器出口浓度25 mg/m3。运行一段时间后,e PTFE膜过滤压降比传统滤料低100 Pa左右。按照10万m3/h的气体处理量,对能量消耗进行核算,e PTFE膜除尘器比传统滤料除尘器能耗降低30 441 k W·h/a。

纳米纤维膜在空气净化中的应用研究进展

面向空气净化的应用需要,开发高效净化材料已成为研究热点之一,其中具有相互连贯孔结构的纳米纤维膜在高效空气净化领域展示出巨大的应用前景。对于纳米纤维膜对空气净化效果的评估指标通常包括过滤效率和过滤阻力。本文介绍了串珠、蛛网和复合等结构纳米纤维膜的研究进展,分析了驻极式纳米纤维膜在高效除尘方面的应用现状,探讨了银纳米颗粒和半导体金属氧化物改性纳米纤维膜在抗菌和除有机易挥发性气体等多功能性空气净化中的应用可行性,指出了高效低阻、功能化是纳米纤维膜用于空气净化领域的研究重点。并提出今后应高度关注多污染物对纳米纤维空气净化膜性能的影响,深入研究具有多功能协同作用的纳米纤维空气净化膜,以期获得更广泛的应用。