滲透蒸發(fā)膜親水改性與水傳遞過程強化研究.pdf

1、滲透蒸發(fā)因其具有低能耗、投資小、不受氣液平衡限制等優(yōu)點，在有機物脫水分離領域具有廣闊的應用前景。本文以丙酮和水的滲透蒸發(fā)分離為研究對象，針對高分子膜的“trade-off”效應，通過增加水在膜中的溶解性和擴散性來解決“trade-off”效應。為了提高水在膜內的溶解性，本文通過摻雜親水性無機顆粒或在高分子上接枝親水性基團來提高膜的親水性。同時為了提高水在膜中的擴散性，本文通過在膜中構建無機通道，為水的擴散提供高選擇性的連續(xù)通道，強化水傳

2、遞過程；或將水分子“活化”，即將大水分子簇變成小水分子簇，增加水分子的滲透性和擴散性，提高水通量。主要研究結果如下：
　　首先，將親水性鉀型蒙脫土（K+MMT）摻雜到殼聚糖（CS）膜中，在膜中構建離子化水通道。利用K+MMT層間 K+的水溶劑化效應，來提高膜對水的選擇性，同時層狀的K+MMT為水分子提供連續(xù)的傳遞通道并增大了聚合物鏈間距，強化水的傳遞。CS-K+MMT-10雜化膜在50oC、水含量為5wt.％時，滲透通量為1.56

3、kg/m2h，分離因子為2200，比純殼聚糖膜分離因子（249），提高了約8倍。
　　其次，將疏水性多孔碳分子篩經(jīng)過磺化接枝高親水性磺酸根，然后將磺化碳分子篩（SCMS）摻入CS膜中，在膜中構建具有親水位點的疏水通道。利用SCMS上磺酸根的親水性提高水選擇性，利用通道的疏水性降低水分子傳遞的能量壁壘，提高水通量。CS-SCMS-2雜化膜在50oC水含量為5wt.%時滲透通量為1.81kg/m2h，分離因子為832，與純殼聚糖膜相比

4、，通量和分離因子分別提高1.67倍和2倍。
　　再次，利用強電解質在水中可完全電離，與弱電解質相比能和更多的水分子形成水合離子的性質，將CS中弱堿性的氨基改性成強堿性的胍基，合成殼聚糖胍（CG）。胍基通過誘導極化與更多的水分子形成水化層，提高水選擇性；同時，利用胍基的“結構碎化”效應（“Structure breaking”effect），使大水分子簇變成小水分子簇，增強水分子的滲透性，強化水的傳遞。結果表明CG-50-pH2.5

5、-1:2膜內胍基取代度為8.69%，在50oC、水含量為5wt.%時，其滲透通量可以達到1.9kg/m2h,分離因子為3300，比純殼聚糖膜分別提高1.26倍和13倍。最后，選用氨基含量更高的聚乙烯胺（PVAm）為膜材料，采用類似的方法，將PVAm中的氨基改性成胍基，合成了聚乙烯胍（PVG）。隨著胍基取代度的增加，膜的水接觸角減小，親水性增強。PVG-50-pH2-1:2膜內胍基取代度為18.41%，在50oC、水含量為5wt.%時，通