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PVA/PVP共混交联膜制备及其对2-甲基四氢呋喃溶液脱水性能研究

2020-12-03阅读(113)

PVA/PVP共混交联膜制备及其对2-甲基四氢呋喃溶液脱水性能研究

论文摘要

近几年来,随着石油化工、医药化工等领域对无水级有机溶剂需求的日益增长,有机溶剂的脱水变得至关重要。2-甲基四氢呋喃（2-MeTHF）作为一种新型工业溶剂,被认为是四氢呋喃和二氯甲烷的优良替代品。然而,它与水易形成恒沸物,采用精馏的传统方法脱水存在困难。渗透汽化作为一种新型的膜分离技术,具有节能、高效、操作简单、无二次污染、易与其它过程耦合等优点,在有机物脱水领域正逐步兴起。本论文采用共混交联法制备PVA/PVP共混交联膜,将该膜材料和商业PVA 4155复合膜用于脱除2-MeTHF溶液中的水。详细考察了2-MeTHF溶液中水含量、循环流速、膜厚度及操作温度等条件对膜脱水分离性能的影响;并探索了膜材料对2-MeTHF溶液的连续分离过程。采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、接触角测量仪（CAM）和微机控制电子万能试验机（MCEUTM）等手段对膜材料进行了表征。具体的研究内容如下:1.使用商业PVA 4155复合膜分离2-MeTHF溶液。考察了2-MeTHF溶液中水含量（1.903.90 wt%）、循环流速（1555 L/h）和操作温度（2668℃）等条件对膜脱水分离性能的影响。发现PVA 4155复合膜的渗透总通量、水通量和渗透侧水浓度均随着2-MeTHF溶液中水含量、循环流速和操作温度的增加而增大;分离因子却随着2-MeTHF溶液中水含量的增加先增大后减小,随着循环流速和操作温度的增加而增大。当2-MeTHF溶液中水含量为3.90 wt%,循环流速为55 L/h,操作温度为68℃时,该膜的渗透总通量和分离因子分别可达848.47 g/（m2·h）和513.37。对水含量为3.90 wt%的2-MeTHF溶液进行连续脱水,操作运行30个小时后,可将2-MeTHF溶液提浓至98.84 wt%。2.采用共混法制备出一系列PVA/PVP共混膜,用于分离2-MeTHF溶液,根据膜的脱水分离性能筛选出共混膜中的最佳PVA和PVP含量(VPVA:VPVP=8:2)。之后,采用共混交联法,将交联剂马来酸酐直接加入上述最佳含量的PVA和PVP共混液中制备出PVA/PVP共混交联膜,继续用于2-甲基四氢呋喃溶液的脱水。考察了2-MeTHF溶液中水含量（2.103.90 wt%）、循环流速（1555 L/h）、膜厚度（3070 um）和操作温度（2668℃）等条件对膜脱水分离性能的影响。发现PVA/PVP共混交联膜的渗透总通量、水通量、渗透侧水浓度和分离因子均随着2-MeTHF溶液中水含量、循环流速和操作温度的增加而增大;渗透总通量和水通量却随着膜厚度的增加而减小,渗透侧水浓度和分离因子随着膜厚度的增加而增大。当2-MeTHF溶液中水含量为3.90 wt%,循环流速为55 L/h,膜厚度为60 um,操作温度为68℃时,该膜的渗透总通量和分离因子分别可达431.64 g/（m2·h）和272.96。对水含量为3.90 wt%的2-MeTHF溶液进行连续脱水,操作运行30个小时后,可将2-MeTHF溶液提浓至97.90 wt%。3.采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、静态接触角测量仪（CAM）及微机控制电子万能试验机（MCEUTM）等手段对膜材料进行了表征。发现PVP以VPVA:VPVP=8:2的比例掺入PVA基质中,制备的膜材料均匀致密,结晶度明显降低,接触角减小,亲水性显著增强,机械强度也得到提升;交联剂马来酸酐的加入,对膜材料的结晶度影响不明显,亲水性略微增强,机械强度显著增大。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 文献综述
  •   1.1 引言
  •   1.2 渗透汽化膜分离技术基础理论
  •     1.2.1 发展历史
  •     1.2.2 过程概述
  •     1.2.3 传质模型
  •     1.2.4 工艺特点
  •   1.3 渗透汽化膜研究进展
  •     1.3.1 渗透汽化膜分类及特点
  •     1.3.2 .渗透汽化膜制备方法
  •   1.4 渗透汽化膜分离技术应用
  •     1.4.1 有机物回收
  •     1.4.2 混合有机物分离
  •     1.4.3 有机溶剂脱水
  •   1.5 本课题研究内容及意义
  •     1.5.1 本课题研究内容
  •     1.5.2 本课题研究意义
  • 第二章 实验材料及方法
  •   2.1 实验试剂及仪器设备
  •     2.1.1 实验主要试剂及规格
  •     2.1.2 实验所用仪器设备
  •     2.1.3 实验所用进料液
  •   2.2膜材料制备方法及溶胀实验
  •     2.2.1 膜材料制备方法
  •     2.2.2 膜材料溶胀度测定
  •   2.3 表征方法
  •     2.3.1 扫描电子显微镜（SEM）
  •     2.3.2 X射线衍射仪（XRD）
  •     2.3.3 静态接触角测量仪（CAM）
  •     2.3.4 微机控制电子万能试验机（MCEUTM）
  •   2.4 膜材料分离性能测试
  •     2.4.1 操作流程及实验装置
  •     2.4.2 水含量测定方法
  •   2.5 活化能在渗透汽化膜分离中的应用
  • 第三章 膜材料制备及表征
  •   3.1 引言
  •   3.2 膜材料制备
  •     3.2.1 纯PVA膜制备
  •     3.2.2 PVA/PVP共混交联膜制备
  •   3.3 溶胀实验
  •   3.4 膜材料表征
  •     3.4.1 微观形貌分析
  •     3.4.2 X射线衍射分析
  •     3.4.3 接触角测试分析
  •     3.4.4 机械性能测试分析
  •   3.5 本章小结
  • 第四章 PVA4155复合膜对2-甲基四氢呋喃溶液脱水分离性能研究
  •   4.1 引言
  •   4.2 2-甲基四氢呋喃溶液的连续膜分离过程分析
  •   4.3 操作条件对2-甲基四氢呋喃溶液膜脱水分离性能影响
  •     4.3.1 2-甲基四氢呋喃溶液中水含量对膜脱水分离性能影响
  •     4.3.2 循环流速对膜脱水分离性能影响
  •     4.3.3 操作温度对膜脱水分离性能影响
  •   4.4 本章小结
  • 第五章 PVA/PVP共混交联膜对2-甲基四氢呋喃溶液脱水分离性能研究
  •   5.1 引言
  •   5.2 PVA和PVP含量对共混膜分离性能影响
  •   5.3 操作条件对2-甲基四氢呋喃溶液膜脱水分离性能影响
  •     5.3.1 2-甲基四氢呋喃溶液中水含量对膜脱水分离性能影响
  •     5.3.2 循环流速对膜脱水分离性能影响
  •     5.3.3 膜厚度对膜脱水分离性能影响
  •     5.3.4 操作温度对膜脱水分离性能影响
  •   5.4 2-甲基四氢呋喃溶液的连续膜分离过程分析
  •   5.5 本章小结
  • 第六章 结论与建议
  •   6.1 结论
  •   6.2 建议
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读硕士期间发表的学术论文

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 王娜

    导师: 王晓东

    关键词: 复合膜,共混交联膜,渗透汽化,脱水

    来源: 太原理工大学

    年度: 2019

    分类: 工程科技Ⅰ辑

    专业: 无机化工,有机化工,有机化工

    单位: 太原理工大学

    分类号: TQ051.893;TQ413.2

    总页数: 83

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