膜干燥技術(shù)進(jìn)展

1、Seminar 2,,Outline,膜領(lǐng)域理論與技術(shù)發(fā)展 干燥過程理論分析 氣體分離膜干燥技術(shù)進(jìn)展 纖維素中空纖維膜的干燥,,膜領(lǐng)域理論與技術(shù)發(fā)展－里程碑事件,,膜領(lǐng)域理論與技術(shù)發(fā)展－干/濕相轉(zhuǎn)化法制備非對稱膜,S. Loeb and S. Sourirajan, Advances in Chemistry Series, 38 (1962) 117.,,膜領(lǐng)域理論與技術(shù)發(fā)展－典型的非對稱膜結(jié)構(gòu),,膜領(lǐng)域理論與技術(shù)發(fā)

2、展－應(yīng)用于氣體分離所面臨的問題,,干燥過程理論分析－干燥物料的分類與特點,膠體無孔物料（a）無孔隙，水份只能在表面汽化（b）所有液體均為物理結(jié)合非吸濕多孔物料（a）具有明顯的孔隙（b）材料不吸水（c）干燥不收縮 膜材料如含氟聚合物，聚砜，聚烯烴類，聚酯類，含硅聚合物等吸濕多孔物料（a）具有明顯的孔隙（b）具有大量物理結(jié)合水份（c）干燥收縮 膜材料如纖維素類，殼聚糖類，聚乙烯醇等,,干燥過程理論分析－水份與物料的結(jié)合形

3、式,,氣體分離膜干燥技術(shù)進(jìn)展－液體萃取法,R. L. Riley, J. O. Gardner, U. Merten, Science, 143 (1964) 801.,1964年，Riley等為了更好的保持CA濕膜原有結(jié)構(gòu)，以便進(jìn)行SEM觀察，采用了液體萃取法對CA膜進(jìn)行干燥。,氣體分離膜干燥技術(shù)進(jìn)展－表面活性劑浸泡法,,D. V. Kenneth, F. O. Burris, I＆EC Prod Res and Dev, 8 (1

4、969) 84.,1969年，Kenneth等將濕態(tài)CA反滲透膜浸泡在不同濃度表面活性劑（Tergitol 15S7）溶液中15min后置空干燥。干膜再潤濕后性能保持很好。,,氣體分離膜干燥技術(shù)進(jìn)展－快速冷凍真空升華法,P. K. Gantzel, U. Merten, I＆EC Proc Des Dev, 9 (1970) 331.,1970年，Gantzel等采用快速冷凍真空升華法(at about -10℃ )干燥濕態(tài)CA反滲

5、透膜，所得干膜具有一定的He/N2分離能力。,濕態(tài)CA膜,Quick-freezing,,,Vacuum sublimation,,（P/l)N2為3.1×10－6 cm3(STP)/(cm2·s·cmHg) ,αHe/N2為34，低于CA本征值97。,,氣體分離膜干燥技術(shù)進(jìn)展－溶劑交換干燥法,A. Lui, F. D. F. Talbot, et al., J. Appl. Polym. Sci., 3

6、6(1988) 1809.,1988年，Lui等采用溶劑交換法干燥濕態(tài)CA反滲透膜，干膜表現(xiàn)出較好的CO2/CH4分離能力。 第1溶劑：甲醇，乙醇，異丙醇等。 第2溶劑：二硫化碳，己烷，甲苯等。 第1溶劑必須親水性，第2溶劑必須與第1溶劑相溶，并易揮發(fā)。,,氣體分離膜干燥技術(shù)進(jìn)展－超臨界流體干燥法,超臨界流體(SCF)干燥技術(shù) 超臨界流體是指在臨界壓力(Pc)和臨界溫度

7、(Tc)以上相區(qū)內(nèi)的氣體。 特點是其擴(kuò)散系數(shù)和粘度接近氣體，而溶劑性能卻類似于液體，溶解性能優(yōu)良。 CO2的Tc為31.4℃，Pc為73×105Pa。,,纖維素中空纖維膜的干燥－紡絲參數(shù),,纖維素中空纖維膜的干燥－濕膜斷面形態(tài),斷面內(nèi)層即時相分離，大孔出現(xiàn)斷面外層延時相分離，無指狀孔,M-1,,纖維素中空纖維膜的干燥－不同干膜的斷面形態(tài)比較,M-2：自然干燥；M-3：乙醇干燥；M-4：2－丁酮干燥；M

8、-5：乙醇正己烷干燥。All were finally dried in ambient air with a relative humidity about 50% at 15℃ ),,纖維素中空纖維膜的干燥－不同干膜的收縮程度比較,,(d:dry state; w:wet state),,纖維素中空纖維膜的干燥－不同干膜的機械性能比較,,纖維素中空纖維膜的干燥－不同干膜的結(jié)晶度比較,natural drying, 61％(b

9、) ethanol exchange drying, 60％2-butanone exchange drying, 58%(d) ethanol-n-hexane exchange drying, 57%,Cellulose is a semicrystalline polymer: Crystalline region and amorphous region.Water in CHFM is in two sta

10、tes: Bonded water and free water.,,纖維素中空纖維膜的干燥－纖維素對不同液體的吸附能力比較,纖維素與不同液體的溶解度參數(shù)比較（單位 (cal/ml)0.5, 25℃）,,,Three forces existed in CHFM after being solvent exchanged: water-cellulose water-solven

11、t solvent-solvent a,,纖維素中空纖維膜的干燥－不同的干燥速度與軸向收縮比較,,,,,(t:at “t” drying time; o:original time),Bonded water is in an equilibrium state and shows little influence.,,纖維素中空纖維膜的干燥－干燥結(jié)果的理論分析,Water-solvent and solvent-so

12、lvent affinities are the crucial factors.Natural dryingstrong water-water hydrogen bonds, slow evaporationEthanol exchange dryingstrong ethanol-water and ethanol-ethanol hydrogen bonds2-Butanone exchange dryi

13、ng2-butanone-water hydrogen bonds and affinity from polar groupEthanol-n-hexane exchange dryingNon-polar molecules and no affinity with water,,纖維素中空纖維膜的干燥－不同干膜的氣體滲透性能比較,-: These values are too little to be determ