有机物优先透过渗透汽化膜的制备、性能及应用
文献类型：学位论文
| 作者 | 伊守亮 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2009-07-20 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 万印华 |
| 关键词 | 聚二甲基硅氧烷 全硅沸石 渗透汽化 杂化膜 改性 |
| 其他题名 | Preparation, Characteristics and application of organic permselective pervaporation membranes |
| 学位专业 | 生物化工 |
| 中文摘要 | 有机物优先透过渗透汽化膜分离技术由于其明显的技术上和经济上的优势，在挥发性有机化合物的分离浓缩、生物能源、废水处理等方面显示出广泛的应用前景。然而目前膜的分离性能普遍存在选择性低、渗透通量小的缺点。本论文重点进行了有机/无机杂化膜的制备的研究，研制了性能优良的有机物优先透过渗透汽化杂化膜，并探讨了其在废水中挥发性有机物的回收以及发酵-渗透汽化耦合技术方面的应用。论文首先考察了各因素对不同种类硅橡胶均质膜分离性能的影响，得出了较好的制膜配方，所研究的三类硅橡胶均质膜均获得了较好的分离性能，进一步研究发现，以全硅沸石为填充剂，以乙烯基封端硅橡胶为基体制备的杂化膜具有更高的分离选择性和稳定性，其乙醇/水分离因子达18-22。以低浓度乙醇/水体系为模型溶液，首次系统研究了沸石改性对杂化膜分离性能的影响。以硅烷偶联剂为改性剂，对沸石进行了改性，进一步提高了杂化膜的分离性能。比较了不同偶联剂对沸石进行表面改性的效果，并采用TGA、FT-IR、XRD、SEM进行了表征。结果表明，含有乙烯基的乙烯基三乙氧基硅烷（VTES）改性沸石/PDMS杂化膜具有更好的选择性。并采用中心组合旋转设计（CCRD）与响应面法（RSM）对VTES改性沸石/PDMS杂化膜的制备条件进行了优化。考察了操作条件及膜厚对VTES改性沸石/PDMS杂化膜分离性能的影响，详细分析了料液温度、膜厚和料液流速对膜传质阻力的影响。利用所制备的杂化膜开展了其在甲醇废水中挥发性有机物回收方面的应用研究。考察了操作条件对甲醇/水、丙酮/水二元体系以及甲醇/乙醇/水三元体系、甲醇/乙醇/丙酮/水四元体系模拟废水的渗透汽化分离性能的影响。结果表明，与甲醇/水二元体系相比，乙醇和丙酮的加入使得总渗透通量、甲醇通量和甲醇分离因子均降低，但各有机物分离因子的大小顺序不变，均为丙酮>乙醇>甲醇。以VTES改性沸石/PDMS杂化膜为分离层，以不同材质微滤和超滤膜为支撑层，系统研究了有机物优先透过渗透汽化复合膜的制备技术。系统考察了乙醇发酵液组分（发酵培养基组分、发酵副产物、纤维素预处理抑制物）及细胞对所制备的复合膜渗透汽化分离性能的影响。结果表明，复合膜在分离乙醇的同时亦可有效去除纤维素水解过程中产生的甲酸、乙酸、糠醛等对发酵不利的抑制物；而细胞对膜的分离性能影响不大。乙醇发酵与渗透汽化耦合可实现乙醇的原位分离，耦合过程中膜的性能保持稳定。与间歇发酵相比，渗透汽化耦合发酵的乙醇体积产率从2.31 g/(L·h)提高到4.82 g/(L·h)，提高了1.1倍。 |
| 英文摘要 | Pervaporation is a novel membrane process which enables liquid mixtures to be separated by the difference of partial vapor pressure and solution-diffusion rate of the feed components through a nonporous permselective membrane. Organic permselective membrane pervaporation has revealed obvious advantages in many respects, such as extraction or removal of volatile organic compounds (VOCs) from aqueous solutions, biofuels recovery from fermentation broth, wastewater treatment, and so on. The main objectives of this thesis are to prepare organic/inorganic hybrid membranes with high separation performances and to examine their applications in VOCs recovery from wastewater and in integrated fermentation-pervaporation process for ethanol product. |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-09-23 |
| 页码 | 178 |
| 源URL | [http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/1650]  |
| 专题 | 过程工程研究所_研究所（批量导入） |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 伊守亮. 有机物优先透过渗透汽化膜的制备、性能及应用[D]. 中国科学院研究生院. 2009. |
入库方式： OAI收割
来源：过程工程研究所
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