煤基管狀CS-C復(fù)合膜的制備及滲透蒸發(fā)性能的初步研究.pdf

1、實驗以山西瘦煤為原料，經(jīng)粉碎、篩分、添加粘結(jié)劑、混合、成型等工藝過程制備了煤基管狀原膜，經(jīng)干燥和炭化工藝制備管狀炭支撐膜；實驗研究了炭支撐膜浸漬殼聚糖(CS)的醋酸溶液、硫酸交聯(lián)CS，以及聚乙烯醇(PVA)-CS共混溶液浸漬來分別制備煤基管狀CS/C復(fù)合膜，硫酸交聯(lián)CS/C復(fù)合膜，以及PVA-CS/C復(fù)合膜。同時對CS/C復(fù)合膜、PVA-CS/C復(fù)合膜進行了乙醇/水滲透蒸發(fā)性能的初步研究。 實驗主要考察了原料煤粒度、浸漬條件、交

2、聯(lián)條件、共混條件等因素對復(fù)合膜氣體滲透分離性能的影響。研究表明，通過適宜實驗條件能夠制備出復(fù)合效果較好、膜層厚度均一、孔徑分布均勻、表面光滑的CS/C復(fù)合膜。當(dāng)采用粒度小于200目的瘦煤制備管狀炭膜，在30℃條件下用1.5wt﹪的CS醋酸溶液浸漬8小時，然后在70℃條件下干燥，浸漬兩次后，再在NaOH乙醇溶液中脫酸反應(yīng)0.5小時，可制備出氣體分離性能較佳的CS/C復(fù)合膜，對H2、N2、CO2的氣體滲透速率分別達到1.5×10-2、1.7

3、×10-3和1.2×10-3m3/(m2·s·MPa)，H2/CO2和H2/N2的氣體分離系數(shù)分別為12.8和8.8。對硫酸改性得到的CS/C復(fù)合膜，用0.05mol/L的硫酸交聯(lián)24小時，可提高復(fù)合膜的分離系數(shù)，使H2/CO2和H2/N2的分離系數(shù)分別提高到15.5和10.7。以PVA-CS的共混液為浸漬液制備的PVA-CS/C復(fù)合膜的滲透速率和氣體分離系數(shù)均有所增加，PVA1799-CS共混液制備的PVA1799-CS復(fù)合膜的H2/

4、CO2和H2/N2氣體分離系數(shù)分別達到11.6和9.0。當(dāng)用真空浸漬方法制備CS/C復(fù)合膜、硫酸交聯(lián)的PVA-CS/C復(fù)合膜，以及浸漬PVA-CS共混液形成的復(fù)合膜，其相應(yīng)的氣體分離性能均可顯著提高，但滲透速率降低較多，其中硫酸交聯(lián)的CS/C復(fù)合膜的氣體滲透分離性能較好，H2/CO2和H2/N2氣體分離系數(shù)分別達到23.6和13.5。 CS改性得到的復(fù)合膜對乙醇/水滲透蒸發(fā)有具較好的蒸發(fā)分離性能，實驗研究了乙醇料液溫度和濃度對復(fù)

5、合膜的蒸發(fā)分離性能的影響。結(jié)果表明，乙醇料液溫度和濃度對滲透蒸發(fā)通量有較大影響，隨著乙醇料液溫度的增加和濃度的降低，相應(yīng)復(fù)合膜的滲透通量均有較大幅度提高；當(dāng)提高乙醇料液濃度至90﹪時，乙醇/水分離系數(shù)均有較大幅度提高。經(jīng)硫酸交聯(lián)的PVA-CS/C復(fù)合膜對乙醇/水體系有較好的分離性能，當(dāng)進料溫度為50℃，乙醇濃度為90﹪時，膜的滲透通量可達25g/(m2·h)，乙醇/水分離系數(shù)為82。實驗采用紅外光譜(FT-ir)、掃描電子顯微鏡(SEM