壳聚糖渗透汽化膜的制备及性能研究

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1、摘要渗透汽化分离是～种高效、节能的分离技术，特别是用于近沸及恒沸混合物的分离，发展渗透汽化分离技术的关键是开发具有优良分离性能的膜材料。壳聚糖是一种天然高分子材料，来源丰富，成膜性好，是一种性能优异的新型渗透分离膜材料，制成膜具有较高的渗透通量和分离系数，对于恒沸物、沸点相近混合物和异构体的分离具有独特的优越性，特别是用于乙醇和水的分离具有重要的工业应用价值，是渗透汽化领域的主要研究内容。本文系统研究了成膜条件对膜性能的影响，以制得具有高渗透通量、良好选择分离效果、有一定强度的壳聚糖渗透汽化膜(PV)，用于乙醇和水的分离。本文通过三种不同凝固液(单组分：NaOH水溶液：双组

2、分：2％NaOH+乙醇；三组分：2％NaOH+乙醇+NaAc)对壳聚糖膜的力学·陛能及渗透汽化性能影响的研究发现，凝固液组分为2％NaOH：95％乙醇为5：5(v／v)，20℃下，处理时间为lOmil3时，处理膜的力学性能及渗透汽化性能较好。若加入第三组分NaAC，PV膜的性能得到进一步改善。通过制膜液条件对PV膜的力学性能及渗透性能影响的研究发现，随着壳聚糖浓度、乙酸浓度及壳聚糖相对分子质量、脱乙酰度的增加，PV膜的渗透通量降低，而分离因子增大，拉伸强度提高；添加甘油使PV膜的弹性和韧性增加，但强度及渗透性能稍有下降；干燥温度为60"C时PV膜的强度及渗透汽化性能较好；添

3、加交联剂戊二醛可以大大改善膜的力学及渗透汽化性能。经研究得到较佳制膜条件：壳聚糖相对分子质量114．72×i04，脱乙酰度94．2彰壳聚糖浓度4％，乙酸浓度2％，增塑剂甘油浓度1％，配置好成膜液后在搅拌速度为lOOr／min低速下搅拌lh，然后在60℃干燥成膜，凝固浴组成为2％NaOH：95％乙醇=5：5、NaAC浓度2％，凝固浴处理时间为10min。在该条件下制得的膜拉伸强度为41．96N／mm2，断裂伸长率为25，48％；渗透通量为643(g／m2·h)，分离因子为150．4；通过TG分析测定壳聚糖膜的热分解温度约为200℃，具有较好的耐热性；壳聚糖渗透汽化膜的耐溶剂性

4、实验发现，在不同浓度乙醇水溶液中的溶胀度为5．4％～24．6％，具有很好的耐水溶胀性，分离乙醇的浓度范围为：20％～95％，分离醇水混合物的范围较宽。关键词：壳聚糖膜；渗透汽化；凝固浴：渗透通量；分离因子；茎里堡三查耋三兰堡圭耋堡丝苎AbstractPervaporation，asoneofhighefficientandeconomicmembraneseparationmethods，iscapableofseparatingazeotropicmixtures，near—boilingpointmixturesandsomeofthehomologen．Chitosa

5、nisakindofnaturalpolymermaterials．It’sabundantinnatureandithasagoodmembrane-formingcapacity．Chitosanmembranehasahighpermeabilityandseparatedcoefficient．Chitosanprevaporationmembraneiscapableofseparatingsomeofthehomologen，azeotropicmixturesandnear-boilingpointmixtures．Chitosan，asthemosteffe

6、ctivewater·permselectivematerial，isusedinpervaporationseparationwater-ethanolmixtures．Inordertoproduceamembraneofhighpermeability,goodabilityofseperationandgoodelongationstrength，theeffectofdifferentpreparedconditionsonthemechanicalpropertiesandpervaporationseparationperformanceofchitosanm

7、embraneisstudiedinthispaper．Westudiedtheeffectofthreedifferentcoagulatingbath(2％NaOH；2％NaOH+95％ethanol；2％NaOH+95％ethanol+NaAc)onthemembranepropertiesmechanicalandpervaporationseparationperformance，andwefoundthatmembranemadeintheconditionof2％NaOH：95％ethanol=5：5