分子模拟技术在气体膜分离研究中的应用

回顾了分子模拟技术在气体膜分离领域的应用，介绍了各种模拟方法的特点，阐述了具体的应用范围、存在的问题及发展趋势。表明分子模拟在定性分析气体与膜材料的亲和性、预测渗透系数和分离因子方面有一定价值，但离定量预测和分析还有一定距离，非平衡分子动力学是适用于气体膜分离研究的方法，其研究还处于初期阶段。     

减压膜蒸馏浓缩硫酸钠溶液的实验研究

采用减压膜蒸馏技术在较低真空度下浓缩Na2SO4水溶液，研究了真空度、料液温度、料液流速以及料液浓度对膜通量与截留率的影响。结果表明，随着膜下游真空度增加，膜通量增大；料液温度显著影响膜通量；随着料液浓度增加，膜通量严重衰减；实验条件下聚丙烯中空纤维膜表现出很好的疏水性，Na2SO4的截留率接近100%。     

UiO-66膜的制备及其对正/异丁烷体系的分离

用擦涂法在α-Al_2O_3支撑体上引入ZrO_2层,利用晶种二次生长法,在α-Al_2O_3支撑体的ZrO_2层上引入UiO-66晶种,成功制备了UiO-66膜。通过XRD和SEM对UiO-66晶种及膜的结构和形貌进行了表征,考察了调节剂乙酸含量和ZrO_2过渡层对UiO-66膜结构和形貌的影响。在温度25℃、压力0.08MPa下,测试了气体分子的渗透性能,检测了UiO-66膜的完整性。考察了跨膜压差和温度对i-C_4H_(10)和n-C_4H_(10)两种气体在UiO-66膜上渗透速率的影响,探究了UiO-66膜对i-C_4H_(10)和n-C_4H_(10)两种气体的渗透选择性能。结果表明,采用多次擦涂法引入ZrO_2层后,获得了覆盖度高且膜层厚度均匀的UiO-66膜,膜厚度为5μm。UiO-66膜对i-C_4H_(10)和n-C_4H_(10)两种气体具有反向渗透性能,在跨膜压差为0.08MPa、温度为25℃时,UiO-66膜对i-C_4H_(10)/n-C_4H_(10)两种气体的理想渗透选择性达3.6,渗透速率分别为4.39×10-7和1.22×10-7 mol/(m2·s·Pa)。     

乙烯基桥联有机硅膜的羧基化改性及反渗透性能研究

利用1,2-二(三乙氧基硅基)乙烯(BTESEthy)和硫代苹果酸(MSA)的巯基-烯点击反应对桥联有机硅进行羧基化改性,以管式α-Al₂O₃微滤膜为支撑体制备羧基官能化的桥联有机硅膜。通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、激光粒度仪(DLS)、智能重量分析仪(IGA)和扫描电镜(SEM)等对膜结构和表面性质进行了表征。量子化学计算表明羧基化改性的有机硅网络拥有更加致密的孔结构和更高的水亲和力。将改性的BTESEthy-MSA膜用于反渗透脱盐,系统考察了BTESEthy-MSA膜反渗透脱盐性能。实验结果表明,与BTESEthy膜相比,羧基化改性的BTESEthy-MSA膜的水渗透率和盐截留率均有所提高。同时,BTESEthy-MSA膜表现出优异的水热稳定性和耐氯性能。在250 h的长期反渗透测试中,BTESEthy-MSA膜的水渗透率高达3.2×10^-13 m³/(m²·s·Pa),NaCl截留率始终保持在94.7%以上。     

外浮顶罐油气泄漏的数值模拟

外浮顶罐油气泄漏扩散规律的研究对其油品蒸发损耗的评估及潜在危险的控制都具有重要意义。外浮顶罐油品蒸发损耗的一个主要途径是油气从浮盘边圈密封处泄漏。为此,对单浮盘环形密封圈的油气泄漏规律进行了数值模拟与实验对比,同时考察了罐直径、浮盘位置和风速大小对浮盘上风压分布的影响。研究结果表明：（1）油气泄漏的模拟结果与实验相吻合。（2）浮盘距罐顶的距离h与罐直径D的比值大于1/4时,垂直风向的浮盘两侧和上风侧最易泄漏。（3）浮盘上的风压分布规律受罐直径影响不大,但浮盘上方空间的高径比h/D和风速大小对其有较大影响。h/D较大时,浮盘中部的风压较低;h/D较小时,浮盘上风侧的风压较低;h/D在1/20～1/2范围内时,浮盘上下风侧风压均为负压;浮盘上的压差随着h/D比值的减小而增大。最后建议API外浮顶罐油气蒸发损耗评估公式中考虑h/D比值的影响。     

用于分离DMF/H2O体系的Me-silicalite-1渗透汽化分子筛膜的制备

采用二次生长法制备了用于渗透汽化分离DMF/H2O体系的杂原子取代Me-silicalite-1/α-Al2O3(Me=Co、Fe)分子筛复合膜,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和紫外漫反射(UV-Vis)等方法对分子筛膜进行表征,结果表明金属离子进入分子筛骨架。渗透汽化实验显示,金属离子掺杂的silicalite-1/α-Al2O3分子筛复合膜,具有较好的分离性能且优先透过有机胺,有利于工业中DMF溶剂的回收和利用。随着操作温度升高,分离因子减小,渗透通量增加。40℃分离质量分数为5%的DMF/H2O混合液时,Co-silicalite-1/α-Al2O3分子筛膜和Fe-silicalite-1/α-Al2O3分子筛膜的分离因子分别为4.4和2.9,渗透通量分别为0.66和0.84 kg·m-2·h-1。     

中空纤维膜接触器烟气脱硫壳层传质的研究

采用自制聚丙烯中空纤维膜接触器对模拟烟气进行脱硫,主要研究脱硫过程中膜接触器壳层传质情况。用SO2和N2配制模拟烟气,以NaOH溶液为吸收液,气体走管程,液体走壳层,考察了壳层空隙率、吸收液流量和摩尔浓度、气体流量等操作条件对脱硫过程中壳层传质的影响。研究发现,在空隙率较大的情况下,壳层传质系数随吸收液的浓度或吸收液流量的增大而增大;而在空隙率较小的情况下,随着膜丝分布不均的出现会导致死区和沟流的存在,对壳层传质有一定阻碍作用。气体流量的改变对壳层传质几乎没有影响。