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。     

单氨基末端超支化聚甘油的可控合成

为解决传统超支化聚甘油(HPG)外部结构单一、没有明确分子链末端的缺点,以三羟甲基氨基甲烷(Tris)为原料,合成一种新型引发剂N,N-二苄基三羟甲基氨基甲烷(Bn_2Tris),采用阴离子开环聚合反应引发合成具有明确末端的超支化聚甘油(NH_2-HPG).这种特殊拓扑结构的超支化聚合物分子末端存在一个氨基,并保持了传统超支化聚甘油的化学结构.实验结果显示:改变单体/引发剂的投料比可得到分子质量分别为1 300 g/mol、2 550 g/mol和4 050 g/mol的NH_2-HPG,其对应的粒径分别为1.99 nm、3.07 nm和3.96 nm.研究结果表明:该合成方法能对超支化聚甘油分子质量进行有效调控,尺寸大小可呈现一定的梯度变化;这种分子链末端明确的超支化聚甘油在分离膜、催化载体和生物医学等领域具有潜在的应用前景.     

MIL-53填充PEBA混合基质膜界面相容性的分子模拟

混合基质与高分子间界面相容性的优劣,是决定混合基质膜分离性能的关键因素之一.现有实验手段,无法在分子水平空间尺度下可视化表征混合基质与高分子间的界面相互作用.因此,本研究采用分子动力学的手段,首先模拟了不同相对分子质量聚醚嵌段聚酰胺(PEBA)基质的结构性质,如密度、XRD等,并与文献的相关数据进行比较,结果显示计算值与实验值接近,表明了力场参数的合理性.随后,计算了PEBA基质的分子模型在良溶剂糠醛及不良溶剂水中的溶胀,计算结果与实验结果具有一致性,说明了模型和方法的合理性.进而,模拟计算了PEBA基质与金属有机框架MIL-53的界面相容性.结果表明,不同孔尺寸的MIL-53与PEBA接触时,通过无机-有机界面的可视化分析,得知PEBA与宽孔MIL-53及窄孔MIL-53皆不会形成界面缺陷,表明两者具有良好的界面相容性.此外,宽孔MIL-53与PEBA接触时,PEBA分子链会进入MIL-53的孔道中;而窄孔的MIL-53与PEBA接触时,PEBA仅停留在MIL-53表面而无法进入MIL-53的孔道中,提示MIL-53的呼吸效应会影响混合基质膜的分离性能.