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)。     

KAUST-8膜的制备及其对乙醇/水体系的渗透汽化分离性能的研究

为实现乙醇作为燃料的高效利用,采用二次生长法制备出亲水性KAUST-8膜并将其对乙醇水溶液进行渗透汽化分离研究。利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、比表面及孔隙度分析仪（BET）和热重等分析手段对KAUST-8晶体和膜材料的形貌、结构和性能进行表征,考察了不同操作温度和进料质量分数下,KAUST-8膜对乙醇水溶液分离效果的影响。结果表明,升高渗透汽化的操作温度,总渗透通量从281.44 g/（m²·h）增加至929.16 g/（m²·h）,分离因子从17.2降低至6.1。在同一渗透汽化温度（25℃）下,增大进料液中水的质量分数,水通量从124.2 g/（m²·h）增加到302 g/（m²·h）,总通量逐渐升高至359.2 g/（m²·h）,分离因子逐步从17.2提高至30.2。     

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。     

模拟的发酵液组分对聚二甲基硅氧烷/陶瓷复合膜渗透汽化性能的影响

对所制备的聚二甲基硅氧烷（PDMS）/陶瓷复合膜进行了渗透汽化性能表征。通过在乙醇-水混合体系中添加不同的模拟发酵液组分;如葡萄糖（多羟基醛）、甘油（多元醇）、丁二酸（有机酸）、KCl（无机盐）;考察了各组分对复合膜渗透汽化性能的影响。研究发现：在333 K下;在乙醇浓度为65 g·L-1的混合物中添加不同浓度的第三组分;有机添加物对膜的渗透汽化性能没有明显影响;而无机盐的加入使膜的分离因子稍有提高。所制备的PDMS/陶瓷复合膜;在上述渗透汽化过程中表现出良好的稳定性和对乙醇的优先选择性;渗透通量和分离因子（醇/水）分别在4.5～4.7 kg·m^-2·h^-1、8.3～10.3之间。     

含氟体系中MFI型分子筛膜的制备及其乙醇/水分离性能

以氟化铵为矿化剂、四丙基溴化铵为模板剂,在负载晶种的钇稳定氧化锆(YSZ)中空纤维支撑体表面合成了MFI型分子筛膜,并用于乙醇/水的分离;系统考察了氟硅比(n_NH4F/n_SiO2)、合成时间等条件对膜分离性能的影响,在n_NH4F/n_SiO2为0.8、合成时间为8 h下合成出高性能膜,其通量达8.2 kg·m^-2·h^-1、乙醇/水分离因子为47;同时研究了MFI型分子筛膜在乙醇/水体系中的分离稳定性,揭示出该方法所合成膜表面无Si-OH,从而避免了Si-OH与乙醇反应而带来膜分离性能的下降.     

MFI型分子筛膜的制备及表征

采用无模板剂的二次生长合成方法,在-αA l2O3基膜上合成了MFI型分子筛膜,用XRD,SEM和气体渗透实验等方法进行表征,表明合成在-αA l2O3基膜的物质为MFI型分子筛。二次生长分子筛膜的正/异丁烷理想分离系数在298 K和473 K时分别为77和70,气体分离数据表明,2种分子筛膜对气体分离是由分子筛分占主导,同时分子筛膜完整无裂缺。不同温度,通过MFI分子筛膜渗透汽化分离质量分数分别为5%、50%和95%的乙醇/水的渗透通量和分离因子,结果表明渗透通量随温度的升高而升高,而分离因子随温度的升高却降低;渗透通量随乙醇质量分数的升高而降低,分离因子却随质量分数的升高而升高。     

PEA-NaA /α-Al2OPEA-NaA /α-Al2O3复合支撑分子筛膜的微波水热合成

采用微波水热合成法在聚醚酰亚胺(PEA)-NaA分子筛/α-Al2O3复合载体表面合成了具有高选择性的致密NaA 型分子筛膜,重点考察了微波辐射时间对成膜的影响。采用X射线衍射图谱（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对NaA型分子筛膜进行了表征。XRD 结果表明,复合载体表面生成的膜中只有NaA 分子筛的晶相;SEM 结果表明,复合载体基膜表面覆盖了一层致密连续的NaA型分子筛膜。合成NaA型分子筛膜的渗透汽化性能和不同乙醇水溶液浓度对渗透汽化性能的影响的结果表明,渗透通量随乙醇溶液的浓度增大而减小,分离因子则反之,当乙醇溶液浓度为95%时,渗透通量仅0.05 kg/ (m2?h),而分离因子高达13000。     

管式支撑体内表面NaA分子筛膜的合成与表征

采用转动合成方式通过二次生长法在管式α-Al₂O₃支撑体内表面合成了NaA分子筛膜,采用X射线衍射仪（XRD）、场发射扫描式电子显微镜（FE-SEM）和渗透汽化分离技术对所合成的膜进行了系统表征。考察了合成釜转速对分子筛膜合成的影响,结果表明合成釜转速的提高有利于分子筛膜合成。在转速为4 r·min^-1时所合成NaA分子筛膜分离因子高达2370,渗透通量1.86 kg·h^-1·m^-2左右（乙醇/相似文献   

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。     

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。     

Al2O3和SiC微滤膜的疏水改性及其油固分离性能研究

以正辛基三乙氧基硅烷和乙醇分别作为改性剂和溶剂,采用接枝聚合法对平均孔径为500 nm的Al₂O₃膜和SiC膜进行疏水改性,考察了改性剂浓度、改性液温度和改性时间对膜表面疏水效果的影响,并对比了疏水改性前后两种陶瓷膜的表面性质及疏水改性后的油固分离性能,进行了反冲实验和稳定性测试。结果表明,两种陶瓷膜材料在改性剂浓度为0.2 mol·L^-1,改性液温度为40℃,改性时间为12 h时,疏水改性效果最好,得到的疏水Al₂O₃膜和SiC膜的水接触角分别为134°±1°和140°±1°,经改性后的SiC膜的疏水效果优于Al₂O₃膜。在油固分离实验中,疏水Al₂O₃膜和SiC膜均对固体炭黑有良好的截留性能,但疏水改性对SiC膜的油品通量提升更为显著,两种膜的稳态通量分别为1134 L·m^-2·h^-1和1408 L·m^-2·h^-1。反冲操作对疏水SiC膜的通量恢复更有利。     

Regulatable pervaporation performance of Zn-MOFs/polydimethylsiloxane mixed matrix pervaporation membranes

Pervaporation (PV) is an emerging separation technique for liquid mixture. Mixed matrix membranes (MMMs) often demonstrate trade-off relationship between separation factor and flux. In this study, by changing the organic linkers (2-methyl imidazolate, imidazole-2-carboxaldehyde, 2-ethyl imidazolate), ZIF-8, ZIF-90 and MAF-6 were prepared and filled in polydimethylsiloxane (PDMS) membranes for dealcoholization of 5% (mass) n-butanol solution, and the membranes properties and pervaporation performances were adjusted. Compared with the pure PDMS membrane, the addition of ZIF-8 resulted in a 9% increase in flux (1136 g·m^-2·h^-1) and a 22.5% increase in separation factor (28.3), displaying anti-trade-off effect. For the MAF-6/PDMS MMMs (2.0% mass loading), the pervaporation separation index (PSI) and separation factor were 32347 g·m^-2·h^-1 and 58.6 respectively (increased by 34% and 154% in contrast with that of the pure PDMS membrane), and the corresponding permeation flux was 552 g·m^-2·h^-1, presenting great potential in the removal butanol from water. It was deduced that the large aperture size combined with moderate hydrophobicity of metal-organic frameworks (MOFs) favor the concurrent increase in permeability and selectivity.     

Scale-up of NaA zeolite membranes onα-Al2O3 hollow fibers by a secondary growth method with vacuum seeding

NaA zeolite membranes were prepared by secondary growth method on the outer surface ofα-Al2O3 hollow fiber supports. Vacuum seeding method was used for planting zeolite seeds on the support surfaces. Hydrother-mal crystallization was then carried out in a synthesis solution with molar ratio of Al2O3:SiO2:Na2O:H2O=1:2:2:120 at 100 °C for 4 h. Effects of seeding conditions on preparation of hollow fiber NaA zeolite membranes were extensively investigated. Moreover, hollow fiber membrane modules with packing membrane areas of ca. 0.1 and 0.2 m2 were fabricated to separate ethanol/water mixture. It is found that the thickness of seed layer is obviously affected by seed suspension concentration, coating time and vacuum degree. Close-packing seed layer is required to obtain high-quality membranes. The optimized seeding conditions (seed suspension mass concentration of 0.5%–0.7%, coating time of 5 s and vacuum degree of 10 kPa) lead to dense NaA zeolite layer with a thickness of 6–8μm. Typically, an as-synthesized hollow fiber NaA zeolite membrane exhibits good pervaporation performance with a permeation flux of 7.02 kg·m?2·h?1 and separation factor N 10000 for sepa-ration of 90%(by mass) ethanol/water mixture at 75 °C. High reproducibility has been achieved for batch-scale production of hollow fiber NaA zeolite membranes by the hydrothermal synthesis approach.     

聚偏氟乙烯/聚二甲基硅氧烷渗透气化膜在丁醇分离中的应用

通过相转化法制备PVDF多孔支撑膜,在其上涂覆致密的PDMS分离层制备得到PVDF/PDMS复合膜,用于丁醇的分离纯化。以丁醇水溶液为原料液,流速为1.6 L·min^-1,丁醇浓度为15 g·L^-1,温度为37℃时, PVDF/PDMS复合膜的总通量为158.2 g·m^-2·h^-1,分离因子为17.3。向丁醇水溶液中按丁醇：丙酮：乙醇比例为6：3：1添加丙酮和乙醇模拟发酵液,PVDF/PDMS复合膜的总通量升高到189.5 g·m^-2·h^-1,分离因子降低到14.8。进一步考察了以丙酮-丁醇-乙醇（ABE）发酵液为原料液的渗透气化膜分离性能,发酵液中不存在菌体时,PVDF/PDMS复合膜的总通量和分离因子分别为120.2 g·m^-2·h^-1和19.7,而菌体存在时,复合膜的总通量和分离因子分别为122.1 g·m^-2·h^-1和16.7。与PDMS均质膜相比,PVDF/PDMS复合膜在丁醇分离过程中的分离性能有了显著的提升, 具有潜在的应用价值。     

含哌啶阳离子侧长链型一/二价阴离子选择性分离膜的制备

基于超酸催化聚合机理制备了含咔唑片段的聚合物主链结构,并通过调控季铵化反应中N-甲基哌啶单体的用量,得到了不同哌啶离子含量的阴离子选择性分离膜。通过核磁共振氢谱证明了聚合反应和季铵化反应顺利进行。热重和动态机械分析的测试结果表明膜具有优异的热稳定性和力学性能。通过电渗析 （ED） 测试膜的阴离子分离性能,结果显示离子通量和选择性均优于商业膜Neosepta ACS。在NaCl/Na₂SO₄体系中,QPC-Pip-60的Cl^-通量可达3.24 mol·m^-2·h^-1,选择性可达11.6。在NaOH/Na₂WO₄碱回收体系下,良好的微相分离结构使得OH^-通量可达3.59 mol·m^-2·h^-1,选择性最高为70。长时间稳定性测试和碱稳定性测试结果表明所制备的系列膜具有优异的循环稳定性和耐碱性能。     

含哌啶阳离子侧长链型一/二价阴离子选择性分离膜的制备

基于超酸催化聚合机理制备了含咔唑片段的聚合物主链结构,并通过调控季铵化反应中N-甲基哌啶单体的用量,得到了不同哌啶离子含量的阴离子选择性分离膜。通过核磁共振氢谱证明了聚合反应和季铵化反应顺利进行。热重和动态机械分析的测试结果表明膜具有优异的热稳定性和力学性能。通过电渗析 （ED） 测试膜的阴离子分离性能,结果显示离子通量和选择性均优于商业膜Neosepta ACS。在NaCl/Na₂SO₄体系中,QPC-Pip-60的Cl^-通量可达3.24 mol·m^-2·h^-1,选择性可达11.6。在NaOH/Na₂WO₄碱回收体系下,良好的微相分离结构使得OH^-通量可达3.59 mol·m^-2·h^-1,选择性最高为70。长时间稳定性测试和碱稳定性测试结果表明所制备的系列膜具有优异的循环稳定性和耐碱性能。     

无机杂化海藻酸钠渗透汽化膜的制备与分离性能对比

为提高海藻酸钠（SA）膜的渗透汽化分离性能,分别采用纳米氧化铝、纳米氧化锆和纳米氧化钛对SA膜进行改性,对比分析了3种不同杂化膜渗透汽化分离性能的差异,并将分离性能较好的杂化膜应用到乙酸与乙醇酯化反应脱水的体系中。系统考察了无机纳米粒子含量对SA膜渗透汽化分离性能的影响,对杂化膜进行了接触角、傅里叶红外（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）、热重/差示扫描量热（TG/DSC）、X射线衍射（XRD）和拉伸强度等表征与分析。结果表明,无机纳米粒子能提高SA膜的热稳定性、机械强度和渗透通量,当无机纳米粒子与SA质量比为0.3时,掺杂TiO₂、ZrO₂和Al₂O₃的杂化膜二碘甲烷的接触角依次升高,同时渗透通量也依次升高。SA-0.3Al₂O₃杂化膜亲水性较好,然而SA-0.3ZrO₂杂化膜分离性能最优,50℃下分离水含量10%的乙醇-水溶液,膜渗透通量达到336 g·m^-2·h^-1,渗透侧水含量99.97%,分离因子29990。酯化反应脱水实验表明,在80℃时,酯化反应脱水实验乙酸转化率均高于无脱水实验乙酸转化率,平衡转化率不断被打破,反应12 h后,转化率由平衡时的79.3%提高到93.9%。