亲水性有机-无机杂化复合膜的制备及渗透蒸发性能研究

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1、厦门大学硕士学位论文亲水性有机-无机杂化复合膜的制备及渗透蒸发性能研究姓名：周国波申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：刘庆林20060701摘要有机溶液脱水是目前渗透蒸发膜分离技术重要的应用领域，由于亲水聚合物膜稳定性较差，且在水中易溶胀而导致膜分离性能下降，本文采用溶胶一凝胶法制各亲水性有机一无机杂化膜，有效控制膜在水中的溶胀，并采用旋转涂敷工艺制备杂化复合膜，使杂化复合膜活性分离层的厚度控制在1～3呻1，提高了杂化膜在有机水溶液中的渗透通量和分离因子。本文第一部主要对膜分离技术，渗透蒸发分离原理、特点及影响因素，有机一无机杂化分离膜的研究进展、制备方法及表征方式进行简要

2、的概述，对有机一无机杂化膜分离性能的影响因素进行了总结。本文第二部分主要对实验材料及方法进行简要的概括。本文第三部分以亲水性聚合物聚乙烯醇(PⅥq为有机基体，正硅酸乙酯(TEOS)为无机前驱体，戊二醛(GA)做交联剂，采用溶胶一凝胶法制备亲水性PVA／TEOS／GA杂化膜，分析杂化膜在乙醇／水溶液中的溶胀吸附性能，预测其对乙醇／水溶液的分离性能，结果发现当TEOS的质量分数为15％，GA质量分数为8％时，PVA杂化膜对乙醇／水溶液的溶胀吸附性能最佳。本文第四和第五部分以亲水性聚合物聚乙烯醇(PVA)和聚乙二醇(PEG)为有机基体，正硅酸乙酯(TEOS)，Y．氨丙基_--L氧基硅氧

3、烷(APTEOS)，戊二醛(GA)为无机相组分和偶联剂，采用浇注法和旋转涂敷法制备亲水性有机一无机杂化均质膜和复合膜，分别测试杂化膜在醇，水溶液中的溶胀性能和渗透蒸发分离性能，分析无机组分含量，交联剂，退火条件等因素对杂化膜溶胀性能及渗透蒸发分离性能的影响，结果发现加入有机组分PEG提高了PVA膜在醇／水中的渗透通量，降低膜分离因子，随着TEOS加入，杂化膜的分离性能提高，在TEOS含量为10wt％，PVA／PEG／TEOS杂化膜的分离性能最好，加入APTEOS偶联剂提高PVA／TEOS杂化膜的渗透通量和分离因子，在100。C温度下退火12h的杂化膜对乙醇质量分数为85％的乙醇／

4、水溶液的分离性能最佳。本文第五部分还考察了料液浓度，料液温度，料液流速等因素对渗透蒸发膜分离性能的影响，结果表明升高料液温度，增大料液中水的含量，提高料液流速都能提高杂化膜的渗透通量，同时使膜的分离因子下降。用傅立时红外光谱(FTIR)证实杂化溶胶液发生交联反应形成共价键si．O—c，宽角度x射线衍射(WXRD)观察到TEOS加入改变膜结晶度，扫描电镜(sEMl观察无机相的团聚。本文最后部分为结论。通过无机组分对亲水性有机聚合物PVA和PEG进行交联改性，从而控制有机聚合物膜在水中溶胀，改善有机膜在有机水溶液中的渗透蒸发分离性能。摘要关键词：杂化膜，渗透蒸发，聚乙烯醇，乙醇／水A

5、bstractThedehydrationoforganicsolventsbypervaporationthroughmembraneisattractingincreasinginterestsinmembraneseparationtechnology．Hydmphilicorganicpolymermembranesa咒knowntohaveweaknessinphysicalandchemicalstability,andtheyhavepoorseparationperformancebecauseofitseasyswellinginwater．Inthispape

6、r,hydrophilicorganic—inorganichybridmembraneshavebeenpreparedbysol-gelmethod，Themembranesswellinginwaterhavebeencontrolledeffectively．Aspin-coatingmethodisusedtopreparehybridcompositemembranes，theactiveseparationlayerthicknessofcompositemembraneiscontrolledbetweenlopan．Thepermeationfluxandsep

7、arationfactorhavebeenimprovedinorganic-watersolution．Inthefirstpartofthiswork,pervaporationseparationprinciple，characteristicandinfluencefactoraredescribedbriefly．Theadvanceofhybridorganic-inorganicseparationmembranes，thecharacterizationandpr