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改性聚乙烯醇膜渗透蒸发分离苯和环己烷的研究

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前言

第一章文献综述

1.1渗透蒸发过程的原理及特点

1.2渗透蒸发用于有机/有机混合物的分离

1.2.1极性/非极性溶剂混合物的分离

1.2.2芳香烃异构体的分离

1.2.3芳香烃/脂肪烃的分离

1.2.4芳香烃/脂环烃混合物的分离

1.3苯和环己烷混合物分离的研究进展

1.3.1苯和环己烷的性质

1.3.2分离苯和环己烷的不同方法

1.3.3常用的分离苯和环己烷的膜材料

1.3.4膜材料的选择

1.4膜材料的改性

1.4.1填充改性膜

1.4.2填充剂的选择

1.4.3共混改性膜

第二章膜的制备与表征

2.1实验试剂及仪器设备

2.1.1实验试剂

2.1.2实验仪器设备

2.2填充膜的制备与表征

2.2.1填充膜的制备

2.2.2填充剂的表征

2.2.3填充膜的表征

2.3共混膜的制备与表征

2.3.1共混膜的制备

2.3.2共混膜的表征

第三章填充膜的溶胀吸附性能与渗透蒸发性能

3.1溶胀与吸附实验

3.1.1实验装置

3.1.2实验步骤

3.2渗透蒸发实验

3.2.1实验装置

3.2.2渗透蒸发实验试剂与仪器

3.2.3实验步骤

3.2.4气相色谱仪操作条件

3.2.5原料液和透过液浓度的测定

3.2.6渗透蒸发评价指标

3.3填充膜的溶胀吸附性能与渗透蒸发性能

3.3.1碳纳米管填充膜的溶胀吸附性能与渗透蒸发性能

3.3.2石墨填充膜的溶胀吸附性能与渗透蒸发性能

3.3.3碳分子筛填充膜的溶胀吸附性能与渗透蒸发性能

3.4操作条件对填充膜的溶胀吸附性能与渗透蒸发性能的影响

3.4.1原料液浓度对填充膜溶胀吸附性能与渗透蒸发性能的影响

3.4.2原料液温度对填充膜溶胀吸附性能与渗透蒸发性能的影响

3.4.3原料液流速对填充膜渗透蒸发性能的影响

第四章共混膜的溶胀吸附性能与渗透蒸发性能

4.1 PVA/CS膜的溶胀吸附性能

4.1.1壳聚糖含量对PVA/CS膜溶胀吸附性能的影响

4.1.2原料液浓度对PVA/CS膜溶胀吸附性能的影响

4.1 3原料液温度对PVA/CS膜溶胀吸附性能的影响

4.2 PVA/CS膜的渗透蒸发性能研究

4.2.1壳聚糖含量对PVA/CS膜渗透蒸发性能的影响

4.2.2料液浓度对PVA/CS膜渗透蒸发性能的影响

4.2.3料液温度对PVA/CS膜渗透蒸发性能的影响

4.2.4料液流速对PVA/CS膜渗透蒸发性能的影响

4.3不同聚乙烯醇膜渗透蒸发分离性能比较

第五章结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢

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摘要

渗透蒸发作为一种新型分离技术,选择性高、稳定性好、能耗低、环境友好、操作简便、应用范围广,在有机/有机混合物分离方面具有突出的技术优势和应用前景。渗透蒸发过程效率高低主要取决于渗透蒸发膜性能的优劣,选择具有良好渗透蒸发分离性能的膜材料是渗透蒸发研究的一个重要方面。 本研究从溶解度参数、化学结构、亲疏水理论、苯和环己烷分子的性质差异等角度出发,选用聚乙烯醇(PVA)为膜材料,以碳纳米管(CNTs)、石墨(CG)和碳分子筛(CMS)为填充剂,制备一系列填充型聚乙烯醇膜。并研究了填充剂类型、填充量及填充剂粒径等因素对聚乙烯醇膜在分离苯和环己烷时的溶胀吸附性能和渗透蒸发性能的影响,考察了渗透蒸发过程操作条件(原料液浓度、温度、流速)对膜分离性能的影响。填充CNTs、CG和CMS后,聚乙烯醇膜的分离性能都得到了较大的提高,分离因子和渗透通量都出现了明显的改善。其中石墨填充聚乙烯醇膜的分离效果最好,分离50wt%苯的苯/环己烷混合液时,含石墨6.0wt%的CG02-PVA膜的分离因子达到100.1,总渗透通量达到90.7g/(m2h),料液温度为323K,料液流速为60L/h,下游侧压力小于0.1KPa。 采用红外光谱(FT-IR)、X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、热重分析(TG)和动态机械性能分析(DMA)等多种表征手段对填充型聚乙烯醇膜的结构形态和物理化学性质进行了研究。分析了填充膜的材料特性与其分离性能之间的联系。 另外,选用壳聚糖作为共混高分子,通过溶液共混法制备了聚乙烯醇/壳聚糖(PVA/CS)共混膜。采用特征粘度法、FT-IR、XRD和TG等方法研究了聚乙烯醇和壳聚糖之间的相互作用及共混膜的性质,并考察了壳聚糖含量及操作条件对共混膜的溶胀吸附性能和渗透蒸发性能的影响。结果表明,分离苯/环己烷混合液浓度为50wt%时,共混聚乙烯醇膜的总渗透通量可达到51.4g/(m2h),分离因子为49.9,料液温度为323K,料液流速为60L/h,下游侧压力小于0.1KPa。

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