论文部分内容阅读
作为一种新型高级生物燃料,生物丁醇在替代汽油燃料方面比乙醇更具优势。生物丁醇主要通过ABE发酵法生产,但丁醇对发酵菌种具有毒性,抑制其活性,影响生产效率。采用渗透汽化膜分离技术与ABE发酵耦合,可连续快速移出发酵产物,减少其对微生物的抑制作用,从而有效提高发酵产率和整个过程的经济性。高渗透通量和高选择性渗透汽化膜的研究和制备,是ABE发酵-渗透汽化耦合工艺实现工业化应用的关键之一。基于溶解扩散理论,含聚氧乙烯结构的聚合物(PEO或PEG)是有潜力的丁醇渗透汽化分离膜材料。本文采用活性负离子聚合方法合成PE-b-PEO嵌段共聚物,以PEG和PEO为添加剂制备共混膜,研究其丁醇/水渗透汽化分离性能,结论如下：(1)采用单体活化顺序负离子聚合方法合成PB-b-PEO嵌段共聚物,并对环氧乙烷聚合反应动力学进行了研究,结果表明：当[Al]/[Li]较小时([Al]/[Li]=6),环氧乙烷的动力学曲线中存在明显的诱导期；随着[Al]/[Li]增大([Al]/[Li]=10和14),诱导期受到抑制,聚合反应速率增大。将PB-b-PEO嵌段共聚物进行常压非催化加氢,成功制备了PE-b-PEO嵌段共聚物,并用凝胶渗透色谱(GPC)、氢核磁共振谱(1H-NMR)以及傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等方法对嵌段共聚物的结构进行了表征。(2)以PE-b-PEO嵌段共聚物为膜材料,分别以PEG1500和PEO4,000,000为添加剂,通过溶剂挥发法制备共混均质膜,研究其丁醇/水渗透汽化分离性能。随着聚氧乙烯类添加剂含量的增加,共混膜的渗透通量和分离系数均增大。添加剂含量相同时,PEPEO/PEO共混膜的渗透汽化性能优于PEPEO/PEG共混膜。采用PEPEO/PEO-30共混膜,研究了原料液浓度及操作温度对丁醇/水渗透汽化分离性能的影响。结果表明,随着原料液浓度的增大,共混膜的渗透通量呈线性增大,分离系数减小。随着操作温度的升高,共混膜的渗透通量和分离系数均增大,且丁醇和水的渗透通量与温度的关系符合Arrhenius方程,丁醇渗透通量对温度的变化更为敏感。(3)讨论了PE-b-PEO均质膜和PEPEO/PEO-30共混膜渗透汽化分离醇/水体系的传质机理。发现PE-b-PEO均质膜在不同碳原子数的醇中的溶胀度均明显高于纯水,且随着碳原子数的增加,醇对醚氧基团的亲和性增强,膜的溶胀度增大。对于丁醇/水体系,PEPEO/PEO-30共混膜的溶解选择性大于分离系数,说明含醚氧基团共混膜对丁醇的选择性分离是由溶解选择性实现的。