玉米醇溶蛋白基復(fù)合膜的制備及乙醇-水分離性能評價.pdf

1、本文以疏水的玉米醇溶蛋白(zein)為起始原料,結(jié)合其溶解特性及silicalite-1分子篩的疏水特性,設(shè)計了四種不同結(jié)構(gòu)的分離膜,即ZS和ZC膜、改性zein膜和zein/silicalite-1復(fù)合膜。采用滲透蒸發(fā)膜分離工藝,模擬生物乙醇發(fā)酵液料液成分,實現(xiàn)乙醇水溶液在低濃度下的濃縮和提純,評價其在乙醇/水分離方面的應(yīng)用。
　　利用旋涂技術(shù)在多孔α-A12O3基材上制備單一連續(xù)zein基膜(ZS膜);依據(jù)zein的溶解特性,

2、相分離法制備微球鑄膜液,即先在基材上涂覆zein微球膜層,再按照ZS膜成膜工藝涂覆致密層得到復(fù)合zein基膜(ZC膜)。所制備的分離膜層厚度約為10μm,滲透蒸發(fā)工藝前后的單一氣體滲透實驗表明了膜的完整性和耐久性。滲透蒸發(fā)實驗表明,在298K下,ZS、ZC膜經(jīng)8h滲透蒸發(fā),可將乙醇料液由3wt％提濃至8.73、9.51wt%;對3wt%乙醇料液而言,滲透通量(J)隨著溫度的升高而增大,分離系數(shù)(α)隨著溫度的升高而降低。ZS和ZC膜的較

3、好的乙醇/水分離性能可用“開關(guān)效應(yīng)”來解釋。
　　為提高zein膜的疏水性,首先用十六酰氯傅克酰化反應(yīng)改性zein材料,再用旋涂工藝在α-Al3O2基材上制備改性zein分離膜。所制備的改性膜厚約10μm,乙醇/水分離性能有所提高。滲透蒸發(fā)實驗表明:改性后的zein膜在303K下可將3wt%乙醇水溶液提濃到11.74wt%,乙醇的α和J分別為3.4~3.9和0.65~0.7kg·m-2·h-1;在298K條件下,隨著料液濃度的增大

4、,乙醇的α下降而J增加。改性zein膜疏水性增強(qiáng),這對溶解-擴(kuò)散傳質(zhì)機(jī)制中的膜表面乙醇優(yōu)先選擇吸附步驟有利。
　　為開發(fā)分離選擇性較高的zein基膜,借鑒silicalite-1/PDMS有機(jī)/無機(jī)雜化分離膜的思想,設(shè)計在α-A12O3基材上預(yù)先二次水熱法制備silicalite-1分子篩層,以b軸取向的長條板狀晶粒堆積膜為最佳;再采用ZS膜成膜工藝在其上涂覆適當(dāng)厚度的致密連續(xù)聚合物zein膜層得到zein/silicalite-

5、1復(fù)合膜。所制備的silicalite-1分子篩過渡膜層厚度約為10μm,復(fù)合膜厚約為15μm。分子篩膜層的加入彌補(bǔ)了zein膜分離選擇性欠佳的不足,同時zein的優(yōu)良成膜性彌補(bǔ)了剛性無機(jī)沸石膜空隙大,成膜性差的缺陷。即zein/silicalite-1復(fù)合膜實現(xiàn)兩種材質(zhì)的疏水性協(xié)同增強(qiáng)機(jī)制,其乙醇/水分離性能較單一silicalite-1分子篩膜有所提高。298K對3wt%乙醇水溶液的乙醇組分的提濃,乙醇的α和J分別為7.3~7.4和