CS@CAU-10复合膜的制备及其对乙醇/水的分离性能

利用原位生长法在氧化铝载体上制备金属有机骨架CAU-10膜，并在其表面覆盖一层壳聚糖(CS)得到CS@CAU-10复合膜。考察了CAU-10膜合成液浓度、CS醋酸水溶液浓度以及操作温度对膜层的结构和性能的影响。结果表明，在合成液浓度为0.06 mol/L、CS质量分数为3%时获得的膜层性能最好；升高温度，该膜通量增大、分离因子下降；在30℃时，原料的水质量分数从5%增大到20%,总通量由91 g/(m²·h)增加至450 g/(m²·h),分离因子从497降低至92。该膜与其他乙醇脱水膜相比具有一定的优势。     

含甲基纤维素的NaA沸石膜的制备和表征

NaA沸石膜具有规则的孔道结构,利于分子传输,在有机物脱水领域有一定的应用。为使沸石膜生长更连续均匀,提高渗透汽化性能,本文以甲基纤维素作为空间限制剂加入合成液,探究碱度、晶化温度以及晶化时间对膜的影响,按最优条件制备合成液,并依据质量比m(MC)∶m(H₂O)=1∶100添加甲基纤维素,制备NaA沸石膜。表征方法采用XRD、SEM和渗透汽化3种方式,结果表明添加甲基纤维素的沸石膜表面结构完整,生长致密且性能优良,在75℃下对0.6mol/L的NaCl水溶液做渗透汽化测试时,通量达8.33kg/(m²·h),盐离子截留率为99.95%。在0.6mol/L的NaCl的水溶液中测试72h,结果表明添加甲基纤维素的NaA沸石膜时间依存性更好,通量保持在8.30kg/(m²·h)左右,离子截留率稳定在99.90%。渗透汽化分离ω(C₂H₆O)=90%乙醇的水溶液,随着温度从60℃升高到75℃,沸石膜的通量由1.55kg/(m²·h)升高到2.56kg/(m²·h),渗透侧水含量保持在99.90%左右。     

碳纳米管填充PDMS膜的渗透汽化性能

将碳纳米管（CNTs）填充到PDMS中制备出CNTs/PDMS杂化膜,并将其用于乙醇/水体系的分离,发现由多壁碳纳米管制备的膜分离性能优于单壁碳纳米管填充膜,在40℃下,进料乙醇浓度为5%（质量分数）时,膜的分离因子可由8.3提高到10.0,渗透通量为206.2 g·（m²·h）^-1;采用十二烷基三氯硅烷对多壁碳纳米管进行修饰,并对修饰前后碳纳米管的性能进行表征,研究表明修饰后碳纳米管表面形成疏水层,碳纳米管的疏水性增强;将修饰后的碳纳米管填充到PDMS中,可进一步提高杂化膜对乙醇的选择性,膜的分离因子可提高到11.3,渗透通量为130.9 g·（m²·h）^-1。     

二苯并-18-冠醚-6/聚醚嵌段酰胺膜富集水中苯酚性能研究

为提高聚醚嵌段酰胺 （PEBA）膜对水中苯酚的选择分离性能,采用二苯并-18-冠醚-6 (CE) 对PEBA膜进行改性制备了PEBA/CE渗透蒸发膜。通过FT-IR、SEM表征证实了CE与PEBA紧密结合且CE均匀分布在膜表面;AFM表征表明CE的修饰有效地提高了膜表面与苯酚的接触面积;水接触角测试表明CE的修饰极大地提高了PEBA/CE膜的疏水性。同时系统地研究了膜中CE含量、原料液苯酚浓度、进料温度对膜渗透汽化性能的影响,结果表明CE能显著提高PEBA膜对苯酚的选择性,在料液苯酚为0.8%（质量）及70℃操作温度条件下,当CE 的添加量为PEBA的6%（质量）时,PEBA/CE-6膜的分离因子和渗透通量分别为23.34和494.40 g/(m²·h),远超PEBA膜性能[分离因子8.46,总渗透通量547.48 g/(m²·h)]。长期性能稳定性测试表明所制备PEBA/CE-6膜具有良好稳定性,具有较好的工业运用潜力。     

离子热法合成CHA型分子筛膜及其脱盐应用

通过合成较高骨架硅铝比的 CHA 型分子筛膜可实现提高膜层稳定性和分离性能。采用咪唑类离子液体合成出纯相的 CHA 型分子筛膜,离子液体不仅作为新型结构导向剂,还提高晶体骨架 Si/Al 比,同时离子液体回收使用 3 次后仍能合成出高结晶度 CHA 型晶体。在最佳合成条件下,通过含溴化 1-丁基-3-甲基咪唑（[Bmim]Br）的合成溶胶中在莫来石管状支撑体上获得连续的 CHA 型分子筛膜层,该膜在 75 ℃、3.5% （质量分数）氯化钠溶液中渗透水通量为 6.3 kg/（m²·h）,截留率高达 100%。考察了操作温度和料液浓度对膜渗透汽化脱盐性能影响。当操作温度升高至 90 ℃时,膜水通量急剧提高到 10.3 kg/（m²·h）,甚至在 10%高浓度氯化钠溶液中以及在 3.5%氯化钠溶液中连续测试 3.5 d,膜均表现出优异的脱盐性能。     

SiO2@ZIF-8复合膜的制备及渗透汽化性能

二氧化硅（SiO₂）膜因其耐高温且孔径可调在分离纯化领域得到了广泛关注,但其表面的无定型结构导致渗透性与选择性相互制约,影响分离效果。以二氧化硅膜为基膜,金属有机框架材料（ZIF-8）对其进行修饰改性,制得 Si O₂@ZIF-8 复合膜,探究了 ZIF-8 合成条件、ZIF-8 添加量及原料液温度对复合膜乙醇渗透汽化脱水性能的影响。结果表明：ZIF-8 规则的孔道结构提供了额外的水分子传输通道,复合膜的渗透侧含水率可达 99.5%,渗透通量提高至 9.6 kg/（m²·h）,分离因子为 1 973。采用 Arrhenius 方程对改性前后膜的渗透通量与温度的关系进行拟合,发现复合膜在渗透汽化过程中水分子的表观活化能更高,随着温度升高水通量增加的更快,分离效果更好。Si O₂@ZIF-8复合膜有效改善了无定型网状结构的缺陷,在渗透汽化有机溶剂脱水方面具有广阔的应用前景。     

PDMS接枝共聚物改性PVDF膜的制备及其膜蒸馏性能研究

采用自由基聚合法制备了PDMS接枝共聚物（PMMA-g-PDMS）,并用PDMS接枝共聚物对聚偏氟乙烯（PVDF）膜进行疏水改性,使用傅立叶红外光谱仪、毛细管流动孔径分析仪、接触角测定仪和场发射电子显微镜对不同浓度改性的PVDF膜进行表征,并测试了其在直接接触式膜蒸馏（DCMD）中的分离性能。结果表明,经过PMMAg-PDMS改性后,膜的通量、疏水性和截留性有所提高,稳定性大幅提升。当PMMA-g-PDMS浓度为8%时,膜的静态接触角由118.68°增加至157.47°,在以温度为70℃,质量分数3.5%的NaCl溶液为进料液的DCMD实验中,改性膜的通量由基膜的11.28 kg/（m²·h）提高至15.44 kg/（m²·h）,通量衰减降低了35%.     

合成次数及硅铝比调控SAPO-34分子筛膜的乙醇脱水性能

SAPO-34分子筛膜因其独特的孔道结构和优异的稳定性被广大学者所青睐,目前的研究大多集中在催化、吸附和气体分离等方面,而关于其在液体分离中的研究鲜少报道。本文在Al₂O₃中空纤维支撑体表面分别一次和二次合成制备了SAPO-34分子筛膜,考察了四种不同硅铝比对SAPO-34分子筛膜结构形貌和性能的影响,并用于乙醇溶液的渗透汽化脱水,考察了操作温度、原料液中乙醇浓度以及分子筛合成次数对分离效果的影响。研究结果表明,硅铝比为0.5的二次合成的SAPO-34分子筛膜具有连续而致密的分离层和良好的渗透汽化分离性能,60℃下对乙醇（90%）-水（10%）的分离因子可以达到1170,渗透通量为0.9 kg/(m²·h)。     

PDM/PES渗透汽化膜的制备及性能研究

采用界面聚合的方法制备了聚甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯(PDM)/聚醚砜(PES)渗透汽化脱盐膜，通过SEM、XPS对膜的微观结构和表面化学元素进行表征。考察了原料液质量浓度、进料液温度对膜的水通量和脱盐率的影响，并监测了膜的长期运行稳定性。结果表明，PDM质量浓度为16 g/L、进料液温度为50℃、进料NaCl水溶液质量浓度为35 g/L时，PDM/PES膜的水通量达到13.7 kg/(m²·h),截留率高达99.9%。     

PVA/PAN共混膜渗透汽化分离醋酸-水溶液的研究

对自制聚乙烯醇(PVA)/聚丙烯腈(PAN)共混膜渗透汽化分离低浓度醋酸-水溶液体系的性能进行了研究。分别考察了操作温度、下游表压以及醋酸浓度对PVA/PAN共混膜渗透蒸发分离性能影响。结果表明,随着操作温度增大和醋酸浓度及下游压力的减小,膜的渗透通量增加,分离因子减小。在操作温度323 K、下游表压8 mm Hg的条件下,采用膜厚为45μm的PVA/PAN共混膜对90wt.%的醋酸-水体系进行渗透汽化分离,其渗透通量和分离因子分别达到3746 g·m-2·h-1和3.75。     

改性PVA/PAN共混膜渗透汽化分离异丙醇-水溶液的研究

对自制改性聚乙烯醇(PVA)/聚丙烯腈(PAN)共混膜渗透汽化分离异丙醇-水溶液体系的性能进行了研究。分别考察了操作温度、下游表压以及异丙醇浓度对PVA/PAN共混膜渗透蒸发分离性能影响。结果表明,随着操作温度及异丙醇浓度的增大和下游压力的减小,膜的渗透通量增加,分离因子减小。在操作温度298 K、下游表压4k Pa的条件下,采用膜厚为42μm的PVA/PAN共混膜对90%(质量分数)的异丙醇-水体系进行渗透汽化分离,其渗透通量和分离因子分别达到1 940 g·m-2·h-1和22.2。     

PDMS/ZSM-5膜的制备及渗透汽化分离水中乙酸正丁酯和乙酸乙酯

为探究出适合分离水中的乙酸正丁酯和乙酸乙酯的新型渗透汽化膜材料，选用沸石ZSM-5 对聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料进行填充改性，以聚偏氟乙烯(PVDF)为支撑层，采用刮涂法制备PDMS/ZSM-5/PVDF复合膜渗透汽化分离水中的乙酸正丁酯和乙酸乙酯。采用SEM、接触角测量仪、FTIR、TGA和XRD等对膜材料物理化学性能进行表征，考察了膜材料的溶胀行为及渗透汽化性能。结果表明，ZSM-5在 PDMS 膜中分散均匀，且没有发生化学作用，并提高了膜材料的疏水性和热稳定性。随着ZSM-5添加量的增加，膜在乙酸正丁酯和乙酸乙酯的溶胀度和待分离组分在膜材料中的扩散速率不断增加。随着进料浓度和温度的增加，渗透通量不断增大，分离因子先增大后减小。随着ZSM-5在PDMS/ZSM-5/PVDF复合膜中含量的增加，总渗透通量增加，而分离因子呈现先增加后减小的趋势。当添加量为10%（质量）时，分离因子达到最大值。对于乙酸正丁酯/水体系，渗透通量和分离因子最大值分别为319 g·m ^-2·h ^-1和131；而对于乙酸乙酯/水体系，渗透通量和分离因子最大值分别为1385 g·m ^-2·h ^-1和121。     

PCH电纺MD膜处理高盐印染废水的性能研究

采用静电纺丝法制备了不同质量浓度聚偏二氟乙烯-共六氟丙烯（Polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene,PCH）静电纺膜用于膜蒸馏工艺处理高盐印染废水。实验表明：质量分数20%的PCH静电纺膜的机械强度和疏水性较好,机械强度为34 MPa,接触角为（133.84±1.08）°。以35 g/L的NaCl溶液作为进料液,PCH静电纺膜具有更高的水通量,可以在8 h内稳定运行,其中20%PCH膜水通量达到26.5 L/（m²·h）,比商业膜高出178.95%。分别将酸性红18（acid red 18,AR18）、酸性黄36（acid yellow 36,AY36）、亚甲基蓝（methylene blue,MB）和结晶紫（crystal violet,CV）添加至35 g/LNaCl进料液中,研究了6 h后MD对模拟高盐印染废水的截留效果和膜的稳定性。膜对4种染料表现出不同的截留性能,其中AY36添加到进料液时,PCH膜具有最高的水通量(22.5 L/（m²·h）),截留率为99.98%,CV添加到进料...     

PDMS/陶瓷复合膜用于乙醇回收的中试研究

采用中试装置，测评商业化PDMS/陶瓷复合膜回收乙醇的分离性能，考察了进料流量、操作温度及进料液乙醇质量分数对乙醇分离性能的影响，其中，详细研究了进料液乙醇质量分数连续变化时，膜的分离因子和渗透侧乙醇质量分数及水通量等数据的变化趋势。结果表明：在测试范围内，进料流量对膜分离性能的影响不大；随着操作温度的增加或进料液乙醇质量分数的提高，渗透通量增加，渗透侧乙醇质量分数呈现出不同的变化趋势。进料液乙醇的质量分数从9.86%连续降至0.55%的过程中，乙醇/水分离因子逐步提高，乙醇通量逐步降低，水通量基本保持不变。     

NaA/PAN复合膜渗透汽化分离DMF/H_2O溶液的性能研究

采用流延法制备大面积的NaA/PAN分子筛复合膜,并用于渗透汽化分离二甲基甲酰胺/水(DMF/H2O)溶液。考察了料液组成、进料量和操作温度对膜分离性能的影响。实验结果表明:渗透通量随着温度的升高而增大,在DMF质量分数为20%,操作温度为24℃,料液量为1.5 m3/h,膜后侧压力为500 Pa的条件下,NaA/PAN膜的渗透通量达到1.84 kg/(m2·h),分离因子为11.5。     

P84共聚聚酰亚胺-聚乙烯吡咯烷酮/聚丙烯腈复合膜的制备及其渗透汽化分离甲醇/四氢呋喃

通过聚乙烯吡咯烷酮（PVP）与P84共聚聚酰亚胺（P84）共混，以聚丙烯腈（PAN）超滤膜为支撑层，制备了不同PVP含量的P84-PVP/PAN复合膜。采用傅里叶红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、差示扫描量热仪（DSC）和接触角（CA）测量等方法对复合膜进行表征。FTIR分析表明，PVP与P84为物理共混。DSC结果显示共混物存在单一玻璃化转变温度，具有良好相容性。此外，水接触角测试显示PVP引入提高了膜亲水性。XRD结果表明，随着PVP含量的增加，共混物分子链平均间距增大，膜内自由体积增大。考察了PVP含量、操作温度及料液浓度对渗透汽化分离甲醇/四氢呋喃性能的影响。结果表明，随着共混物中PVP质量分数增加至20%，膜渗透通量逐渐增大，分离因子先增加（PVP质量分数≤ 10%）而后迅速降低。当PVP质量分数为10%、进料温度为20℃时，复合膜对于质量分数30%甲醇/四氢呋喃有最优的分离性能，其渗透通量为259g/(m²?h)，分离因子为41。     

木质素磺酸钙/海藻酸钠渗透汽化膜的制备及性能调控

当前石化资源遇到储量有限、利用过程对环境不友好等挑战,生物质燃料乙醇作为一种替代性能源崭露头角。渗透汽化是一种分离乙醇的方式,节能、环保,开发天然高选择性渗透汽化膜成为研究热点之一。本文提出利用木质素磺酸钙（CaLS）的亲水性和成膜性,将其与天然多糖海藻酸钠（SA）进行共混,制备了不同CaLS含量的CaLS/SA交联膜。采用傅里叶红外、X射线衍射、接触角和扫描电子显微镜等方法对交联膜进行了表征和分析。结果表明,CaLS能与SA充分均匀混合,并且CaLS的加入能提高SA膜的亲水性。进一步考察了CaLS添加量和操作温度对10%水含量的乙醇溶液分离性能的影响,当CaLS/SA质量比为5%时,CaLS/SA交联膜分离因子达到2872,渗透通量达到796g/(m² · h),较纯SA膜分别提高了160%和70%,证实了CaLS在膜分离领域的应用潜力。     

TMCS修饰MFI分子筛膜的制备及乙醇/水分离稳定性的研究

采用三甲基氯硅烷（TMCS）作为修饰源对MFI分子筛膜进行表面改性,系统考察了TMCS浓度以及修饰时间对于MFI分子筛膜在分离乙醇/水混合物时的性能影响。SEM、XRD、²⁹Si NMR、FT-IR、接触角实验及分离实验结果表明,TMCS可以与硅羟基反应,嫁接分子筛膜表面,在消除膜表面硅缺陷的同时提高膜的疏水性及膜分离性能的稳定性。随着TMCS浓度以及反应时间的增加,修饰后MFI分子筛膜的通量及分离因子略有下降,但稳定性增强。在TMCS的浓度为0.4%（质量）,修饰时间为2 h时,所得到的膜具有最佳渗透汽化分离性能,并可在60℃下分离5%（质量）乙醇/水混合物时保持良好的稳定性。在连续90 h渗透汽化分离过程中,其渗透通量稳定在1.61 kg·m^-2·h^-1 左右,分离因子保持在20以上。     

壳聚糖-海藻酸钠/聚丙烯腈聚离子复合膜渗透汽化分离乙酸乙酯水溶液

制备了壳聚糖-海藻酸钠/聚丙烯腈（CS-SA/PAN）聚离子复合膜,将此膜用于渗透汽化分离乙酸乙酯水溶液.用红外光谱（FT-IR）表征CS、SA、CS/SA均质膜.研究CS-SA/PAN聚离子复合膜的溶胀性、料液浓度和SA质量分数、操作温度对乙酸乙酯水溶液脱水效果的影响.实验表明：CS/SA聚离子均质膜在乙酸乙酯水溶液中的溶胀度随溶液中水质量分数的增加而增大,随SA的质量分数增加而减小,40℃、SA质量分数为2.0%时,CS/SA聚离子均质膜在乙酸乙酯质量分数为97%的水溶液中溶胀度可达51%.随着SA质量分数的增加,CS-SA/PAN聚离子复合膜的渗透通量减小,分离因子增大,40℃、SA质量分数为2.0%时,分离乙酸乙酯质量分数为97%的水溶液,CS-SA/PAN聚离子复合膜渗透通量可达348g/（m^2.h）,分离因子为7245.随着料液中水含量的增加和料液温度的升高,膜渗透通量增大,分离系数减小,渗透通量与料液温度的关系能较好地吻合Arrhenius方程.     

ZIF-L/PDMS混合基质膜蒸气渗透耦合发酵强化乙醇生产效率的研究

蒸气渗透（VP）膜分离不存在膜污染风险,在生物乙醇生产中具有广阔的应用前景。将聚二甲基硅氧烷（PDMS）膜和以二维沸石咪唑骨架（ZIF-L）为填充基质制备的PDMS（ZIF-L/PDMS）混合基质膜,分别用于VP膜分离与菊粉水解液发酵制乙醇过程的耦合,分析了二者在耦合过程中的分离性能和发酵性能。探究了不同膜分离方式、不同类型膜及操作条件对膜分离性能的影响。实验结果表明,当料液浓度为5%（质量）、蒸气循环流量为1.5 L·min^-1时,ZIF-L/PDMS混合基质膜的VP性能高于渗透汽化（PV）,归一化总通量达到1148.78 g·m^-2·h^-1,分离因子高达19.14,显著提升了乙醇分离性能。ZIF-L/PDMS混合基质膜用于VP耦合发酵,实现了耦合过程的高渗透性和乙醇选择性,与文献报道相比,乙醇移除效果最优,乙醇产率和时空产率分别达到0.421 g·g^-1、3.07 g·L^-1·h^-1,两个指标明显高于单独发酵,极大地提高了乙醇生产效率。因此,ZIF-L/PDMS混合基质膜在原位分离发酵乙醇方面具有很大的应用潜力。