二甲苯异构体渗透汽化分离膜制备及其性能的研究论文.pdf

PAA/HT杂化物,红外光谱和X射线衍射的表征结果表明,该方法可以将PAA插层到HT层状结构之间,并且使层状结构剥离。选取了四个不同无机含量的杂化物(O、1、2、3叭%)制成渗透汽化膜用于分离二甲苯异构体。考察了水滑石含量和料液浓度对渗透汽化性能的影响。随着水滑石含量的增加,渗透通量逐渐增加而分离因子0【r晌先增加后减少,当水滑石含量为2叭%时,在Px含量为10叭%的PX/MX体系中,分离因子‰,,高于纯聚丙烯酸膜。当料液浓度改变时,随着PX的增加,渗透通量逐渐增加而分离因子逐渐降低。实验结果表明杂化膜的渗透汽化性能优于纯P从膜,即引入水滑石有利于PAA膜对二甲苯异构体的分离。关键词:二甲苯异构体;B-环糊精;PVA;渗透汽化;PAA但T杂化膜;渗透通量;分离因子;溶解扩散机理lV浙江大学硕士论文符号表AdD符号表渗透汽化膜有效膜分离面积(m2)脱附率(%);水滑石片层间距(衄)扩散系数(m2/s)Dp,Dm和分别是对、间、邻二甲苯的扩散系数(m2/s)Do△G渗透时间△t内的渗透组分透过质量(g)J膜的渗透通量(咖2h)K二甲苯异构体与环糊精形成的主客体复合物的平衡常数(【/m01)干膜膜厚(m)IIlo溶胀实验前绝干样品重量(g)m。溶胀t时间后的样品重量(曲M。单位质量干膜在时间t时对PX、MX或OX的平衡吸附量(∥g干膜)M。单位质量干膜在时间∞时对PX、MX或OX的平衡吸附量龇干膜)QoQo为饱和吸附量(曲Qd不同时间t时的脱附量(g)SS为溶胀度,也是溶解度(∥g干膜)Scq平衡时的溶胀度(∥g干膜)Sp,Sm和分别是对、间、邻二甲苯的溶胀度或溶解度(∥g干膜)Sot时间(min)△t渗透汽化时间(s)M。达到M。的一半时所对应的时间(s)W曲DE复合膜中EGDE的百分含量(州%)Xi料液中i组分的浓度浙江大学硕士论文符号表xpM料液中对二甲苯的浓度透过汽相中i组分的浓度希腊字母a渗透汽化膜的分离因子a巧膜的分离因子(i和j代表了不同的二甲苯异构体)九入射光波长(nm)eBragg角(入射光、反射光与反射晶面之间的夹角)(。)主要化学物质缩写p—[¨1膜分离技术在近20年发展迅速,已广泛运用到化学工业、环境保护、食品加工、医药技术等领域,成为重要的化工单元操作。与常规分离方法相比,膜过程具有能耗低、单级分离效率高、过程简单、不污染环境等优点,是解决当代的能源、资源和环境的重要高新技术,世界著名的化学与膜专家黎念之院士在访问我国时说“谁掌握了膜技术,谁就掌握了化学工业的未来"。渗透汽化(Pervaporation简称PⅥ心)是一种有相变的膜渗透过程,膜上游物料为液体混合物,下游透过侧为蒸气。在一定条件下PⅥ心膜分离技术可以有非常高的选择性,因此对于用那些常规方法分离有困难或费用高的体系,如近沸、恒沸体系,有独特的优势。按照溶解一扩散机理,在渗透汽化膜过程中,待分离组分在膜两侧蒸汽压差的推动下,被膜选择性吸附溶解,以不同的速度在膜内扩散,在膜下游汽化、解吸,实现混合物分离。。待分离混合物组分于膜的一侧流过,膜的另一侧抽真空,或让快速流动的惰性气体通过,混合物中易渗透组份优先吸附在膜表面,然后扩散通过膜,在膜的另一侧汽化,蒸汽通过冷井被冷凝收集,达到分离纯化的目的。由于惰性气体吹扫方式涉及到大量气体的循环利用,且不利于渗透产物的冷凝收集,所以一般都采用真空渗透汽化的方式。表征渗透汽化膜过程的两个基本参数是渗透通量/和分离因子a,,反应了膜处理能力的大小,n反应了膜的选择性能。分别定义如下:,:旦(1-1)‘,=一l-l,彳×址伽严罢()口f,,=——I卜Z}砥|强式中△G为渗透时间△t内的渗透组分透过质量;A为渗透汽化膜有效膜分离面积;X,Y分别代表料液及透过汽相中各组分的浓度(i和i代表了不同的组分)。浙江大学硕士论文第一章绪论(b)(a)真空渗透汽化;(b)载气渗透汽化描述渗透汽化传质机理的模型有多种,如溶解一扩散模型,孔流模型,不可逆热力学模型,虚拟相变溶解扩散模型,非平衡溶解扩散模型等。其中被普遍认可的是溶解一扩散模型,。传质过程主要包括三个步骤:①原料侧组分被膜表面选择性吸附的热力学过程。②组分在膜内选择性扩散的动力学过程。③渗透物侧组分在膜表面汽化脱附的热力学过程。其中前两者决定膜的选择性。分离过程主要通过前两步的传递竞争实现。膜的传递性能可用渗透系数(P)表征,渗透系数为溶解系数S与扩散系数D之积:P=S×D(1