熔融法制备聚酰胺中空渗透汽化膜的研究
生物质能源是一种清洁低碳、对环境无污染的能源，由于具有可再生性，被认为是传统化石能源的最佳替代品。其中生物质能源重要的应用之一是利用微生物从生物质中发酵乙醇，但由于发酵过程中生成的乙醇会反过来抑制微生物的活性，降低后续乙醇的生成速率。因此如何降低乙醇浓度，减少其对微生物的抑制作用是目前的研究热点之一。渗透汽化（PV）是一种新兴的膜分离技术，因其高效分离、设备简单、成本低、污染低和能耗低等优点，广泛用于生物燃料的分离和纯化研究。而将渗透汽化膜与发酵过程相结合不仅可以实现连续的生物质乙醇生产，还可以降低能源、经济和环境成本。 聚二甲基硅氧烷（PDMS）是常见的渗透汽化膜材料之一，硅氧重复单元和甲基取代基赋予了PDMS高疏水性，乙醇在PDMS膜中具有较高的扩散率和优异的选择性，因此PDMS膜被认为是在低浓度下从水溶液中去除醇的最具代表性的醇渗透选择性膜材料。但PDMS渗透汽化膜存在以下问题：制膜耗时长、效率低；热固化过程可控性不足，易产生缺陷；无法实现连续化制备;缺乏高效渗透通道，生物醇通过需要耗费大量时间，限制其传输效率。此外，PDMS膜的力学强度也有待提高，这些都限制了PDMS渗透汽化膜在实际工业生产上的应用。 聚酰胺6（PA6）在分子链上有大量的酰胺键，这些酰胺键很容易相互结合成氢键，使PA6基膜具有出色的抗拉强度和柔韧性。本文以PA6为基质，通过熔融纺丝法制备PA6中空纤维膜，并对膜表面进行改性、接枝PDMS，实现渗透汽化功能。为PA6中空纤维膜的开发应用研究提供了一种新的思路。具体研究内容为： （1）将PA6与致孔剂聚乳酸（PLA）共混熔融拉伸制备PA6中空纤维膜；对PA6膜表面进行改性并接枝PDMS用于渗透汽化。在0.008MPa压力下进行测试，制备的膜对乙醇溶液渗透通量为114.22g/(m2·h)，分离因子为5.7；1.5wt%乙酸溶液渗透通量为894.2g/(m2.h)，分离因子为4.1。 （2）采用乙烯-乙烯醇共聚物（EVOH）作为致孔剂与PA6熔融共混制备PA6中空纤维膜，通过电镜观察到表面分布有200到300nm的微孔，对碳素墨水（300nm）截留率最高能到80%，在对碳素墨水有效截留的同时，0.05MPa测试压力下通量能够达到522.4L/(m2·h)。然后对膜表面进行改性接枝PDMS，在0.008MPa下对乙醇溶液渗透通量最大能达到844.2g/(m2·h)，分离因子最大能达到8.67；对乙酸的渗透通量最大能达到1834.4g/(m2·h)，分离因子达到6.55。膜的机械性能得到明显改善，最大拉伸强度为12.4MPa，断裂伸长率为28.8%。
分离膜;中空纤维;聚酰胺6;熔融纺丝法;渗透汽化
东华大学
硕士
材料学
何春菊
2022
中文
TB383;TQ342.81
2023-08-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）