PAA-Co-AN渗透汽化复合膜分离甲醇/水溶液的研究

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渗透汽化分离(PV)技术是一种高效、节能的分离技术,在醇/水体系的分离中,乙醇/水的渗透汽化分离已经成熟并得到工业化应用,而对于甲醇/水的分离则报道及研究很少。与乙醇相比,甲醇的极性、分子量和分子结构与水的非常相似,因此对乙醇/水溶液分离效果好的PV膜在分离甲醇/水溶液时并不理想,尤其是对于水含量较大的溶液分离效果更为不好。本文以聚乙烯醇(PVA)和丙烯酸(AA)、丙烯腈(AN)为主要原料,通过PVA缩醛中醛的选择及膜制备方法的选择,根据亲憎水平衡理论设计出PVA缩甲醛膜上下两层包覆AA和AN共聚膜的复合膜,用此膜进行甲醇/水溶液的渗透汽化分离。结合环氧氯丙烷的生产,以70%的甲醇/水溶液分离到90%以上使溶液能够重复使用为目的。通过在一定范围内不同投料摩尔比的AA和AN进行共聚,并与PVA缩醛膜在渗透汽化性能比较,实验结果表明:共聚复合膜在通量上小于PVA缩醛膜,当AA与AN投料摩尔比为1比1时,共聚复合膜分离系数相对较高,表现出较好的分离效果,表明此时AA与AN共聚所制得的膜中亲水基团和疏水基团的比例恰当,在亲憎水平衡上达到了较好效果。经过研究得到相对最佳的制膜条件:PVA浓度10%,甲醛浓度36%,采用加热到75℃的方法缩醛和制膜,热处理时间为15min;AA与AN的投料摩尔比为1比1左右,复合膜厚为30gm。通过渗透汽化指数(PSI)的综合衡量,得到对于共聚复合膜最佳的使用温度为50℃左右。在最佳条件下制备的膜在50℃下分离90%的甲醇/水溶液通量为1700g/m~2·h,分离系数为17.5,PSI值为29.8 kg/m~2·h,这是本研究中相对最好的结果;膜分离甲醇溶液浓度的范围为98%-30%左右;膜的断裂强度为70N/mm~2,良好的力学性能保证了膜使用的稳定性;通过热重分析证明膜有良好的热稳定性,结合对膜140℃热处理后的结晶变化分析及渗透汽化性能测试,表明了在75℃下制膜时的热处理已经很充分;分别对膜进行20h渗透汽化分离测试和用放置4个月后的膜进行渗透汽化测试,表明了膜具有良好的使用稳定性和化学稳定性。在膜的应用设计上,用总面积为36m~2的螺旋卷式膜组件级联分离70%的50kg甲醇/水溶液在45min内,通过3级渗透汽化后达到目的,处理后甲醇溶液浓度变为92.3%,渗透液浓度30%左右。
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