聚二甲基硅氧烷滲透汽化膜的制備及對(duì)乙醇水溶液的分離研究.pdf

1、以纖維素或木質(zhì)纖維素為原料經(jīng)發(fā)酵工藝生產(chǎn)乙醇已經(jīng)成為一個(gè)重要的研究方向。在發(fā)酵工藝中一個(gè)至關(guān)重要的因素就是如何用低成本的方法從發(fā)酵溶液中將乙醇提取出來(lái)。由于滲透汽化膜技術(shù)具有高選擇性、高滲透通量、高分離效率等潛在優(yōu)點(diǎn)，使其在乙醇提取方面的應(yīng)用受到了廣泛關(guān)注。對(duì)于滲透汽化膜制備來(lái)說(shuō)，研究較多的是以聚二甲基硅氧烷(PDMS)為前驅(qū)體，經(jīng)與多官能團(tuán)交聯(lián)劑反應(yīng)后得到的硅橡膠分離膜。
　　為了深入研究PDMS前驅(qū)體的分子量等因素對(duì)膜性能的影

2、響，本文以正己烷為溶劑、正硅酸乙酯(TEOS)為交聯(lián)劑、多種分子量(數(shù)均分子量為26.6 K、35.5 K、50.2K、71.7 K和110.4 K)的雙端羥基型PDMS為交聯(lián)前驅(qū)體、二月桂酸二丁基錫(DBTD)為催化劑，在室溫下制備出了30種PDMS膜。以甲苯為抽提劑對(duì)交聯(lián)膜進(jìn)行了抽提未交聯(lián)組份的處理。研究了甲苯抽提、催化劑含量、交聯(lián)劑含量等對(duì)PDMS膜的楊氏模量、水和乙醇的接觸角、膜的溶脹性質(zhì)的影響。還研究了膜在乙醇、水及其混合溶液

3、中的滲透性能。
　　實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)前驅(qū)體的分子量和催化劑添加量的改變對(duì)抽提前后膜的拉伸模量影響較小。催化劑含量為3％時(shí)，隨著交聯(lián)劑含量的增加交聯(lián)膜的楊氏模量增加。對(duì)于交聯(lián)劑含量為3％和5％的膜，除了分子量為110.4 K的前驅(qū)體外，隨著催化劑含量的增加膜的楊氏模量先增大后減小，楊氏模量在催化劑含量為3％時(shí)均有最大值。當(dāng)交聯(lián)劑為5％，以分子量為50.2 K的前驅(qū)體制備的膜具有最強(qiáng)的疏水性，其水接觸角為140°。在催化劑含量為5％時(shí)，以分子

4、量為110.4 K的前驅(qū)體制備的交聯(lián)膜具有最好的親乙醇性能，其乙醇接觸角為25.5°。
　　本論文對(duì)膜進(jìn)行乙醇水分離性能的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，交聯(lián)劑含量小的膜溶脹度大。在交聯(lián)劑含量為3％、催化劑含量為5％時(shí)，由分子量為50.2K的前驅(qū)體制備的交聯(lián)膜具有最大的乙醇溶脹度為2.9％。當(dāng)交聯(lián)劑含量少時(shí)膜的水通量較低。隨著催化劑含量的增大乙醇的滲透通量先減小后增大。以分子量為26.6 K前驅(qū)體制備的膜具有最大的乙醇滲透通量，在催化劑含量為1％時(shí)膜

5、片的滲透通量為1870 kg·m-2·h-1。
　　在10％的乙醇水溶液中進(jìn)行的滲透汽化實(shí)驗(yàn)表明，隨著前驅(qū)體分子量的增大膜的滲透通量先增大再減小。在前驅(qū)體分子量為110.4 K時(shí)膜的滲透通量最大，為32 kg·m-2·h-1。膜的分離因子變化趨勢(shì)與滲透通量的變化趨勢(shì)相反。對(duì)于以前驅(qū)體分子量為50.2K制備的膜，分離因子有最大值為7.2。前驅(qū)體分子量對(duì)滲透分離因子(PSI)值的影響趨勢(shì)與其對(duì)滲透通量的影響趨勢(shì)相似。在催化劑含量為1％