论文部分内容阅读
作为一种可再生能源,燃料乙醇的生产和利用日益受到人们的关注。乙醇的脱水精制是燃料乙醇生产的关键环节之一。渗透蒸发过程以其能耗低、不受汽液平衡限制等优点,在乙醇脱水中有突出的技术优势和良好的应用前景。选用渗透蒸发性能优异的聚乙烯醇(PVA)与机械性能优良的聚醚砜(PES)共混,采用相转化法制备了PVA-PES非对称膜。通过表面偏析过程实现了PVA在非对称膜表面的富集,形成亲水分离层;通过改变凝胶浴组成调控膜的孔结构,形成具有较小传质阻力的大孔支撑层。膜的断面和表面照片显示,当采用异丙醇为相转化凝胶浴时,所制得膜同时具有致密皮层和大孔支撑层。采用XPS和EDS对膜表面元素进行分析,结果表明,相转化过程中PVA向表面偏析富集,对主体PVA含量为16.67 wt.%的PVA(3)-PES(15)非对称膜,膜表面PVA覆盖度达到86.8%。采用PVA(3)-PES(15)非对称膜,在80 oC、下游侧压力0.33 KPa条件下,分离乙醇含量为90 wt.%的乙醇/水溶液,通量为297.6 g/(m2h),分离因子为83.1。在高水浓度下(水含量为60 wt.%),PVA直接涂层的PVA/PES复合膜中PVA分离层溶胀严重,与支撑层发生剥离,失去分离作用,而PVA-PES非对称膜仍具有一定的分离效果(通量654.2 g/(m2h),分离因子10.7)。PVA-PES非对称膜的结构稳定性优于复合膜,但渗透蒸发脱水性能尚不理想。采用水为凝胶浴,制备了PVA-PES非对称膜,其结构较以异丙醇为凝胶浴时更为疏松。以该PVA-PES非对称膜为基膜,明胶(GE)为分离层材料,戊二醛(GC)为交联剂,涂覆-交联法制备了GE/PVA-PES复合膜。XPS表面元素分析结果和接触角测量结果表明,PVA在PVA-PES基膜表面的富集(膜表面PVA覆盖度达79.7%)增强了基膜表面的亲水性。GE/PVA-PES复合膜的断面SEM照片显示,基膜与分离层间的相互作用增强,复合膜的界面稳定性提高。T型剥离实验结果表明,以PVA-PES非对称膜为基膜时,GE分离层的最大剥离力约是以PES为基膜时的3倍。采用GE(2)/PVA(3)-PES(17)复合膜,在80 oC、下游侧压力0.33 KPa条件下,分离乙醇含量为90 wt.%的乙醇/水溶液,通量为1580.6 g/(m2h),分离因子为63.5。料液中水含量增大到40 wt.%后,GE-PES复合膜的分离层严重溶胀并与基膜剥离,而GE/PVA-PES复合膜的分离层与支撑层仍结合良好,并具有一定的分离效果(通量4142.0 g/(m2h),分离因子48.2)。