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随着新能源、可再生能源等的不断发展,燃料乙醇以其清洁环保、可再生等优势日益受到重视。传统的乙醇生产多采用间歇发酵,其设备庞大,效率低且产品不稳定;当乙醇浓度达到6%~10%时,酵母即停止生长,因此要将乙醇及时分离出去以实现连续生产,常规分离乙醇方法多采用蒸馏、精馏、萃取等能耗高,费用大。渗透汽化膜分离技术是一种新型分离方法,利用混合液中不同组分在渗透汽化膜中具有不同的溶解、扩散性能而使之分离,该技术具有能耗低、设备简单、分离效率高、操作方便等优势,是一种有潜力的乙醇分离技术。聚四氟乙烯(PTFE)微滤膜具有性质稳定、耐腐蚀、耐高温、孔隙率高及机械强度大等特点,是一种较好的支撑材料。本文以PTFE平板微滤膜作支撑层,以聚二甲基硅氧烷(PDMS)作分离层,采用涂覆法制备PDMS/PTFE复合膜并对其进行填充改性,用于乙醇/水溶液的分离性能研究,具体研究内容及实验结论如下:(1)选用不同结构的PTFE平板微滤膜作支撑层,通过涂覆法制备PDMS/PTFE复合膜,研究支撑层结构对PDMS/PTFE复合膜的分离性能和传质阻力的影响。结果表明,随着PTFE支撑层平均孔径增加,复合膜的渗透通量降低,分离因子先基本不变,在活性层厚度过薄时分离因子降低;制膜时,随着支撑层孔径的增加,PDMS聚合物向支撑层中的渗入量增加,导致过渡层变厚,致密层厚度增加,使膜的传质阻力变大,渗透通量降低,分离因子主要由活性层决定。(2)采用孔径结构相同的PTFE微滤膜为支撑层,制备PDMS/PTFE复合膜,研究PDMS/PTFE复合膜制备条件的优化以及制膜条件对乙醇/水溶液分离性能影响。结果表明,最佳的制膜条件是交联剂含量4%,交联温度80℃,交联时间5h,此时复合膜的综合性能较好;随着交联剂浓度的增加,通量先减小后逐渐升高,分离因子先增加,再略有降低最后趋于稳定;随着交联温度的升高,膜的渗透通量降低,分离因子先升高后保持不变;随着交联时间的增加,渗透通量降低,分离因子先增加后保持不变。(3)采用无孔的亲有机物纳米二氧化硅(ONS)作填充剂,制备(ONS)-PDMS/PTFE填充膜,用于低浓度乙醇/水溶液的分离。研究填充膜的溶胀行为以及ONS粒子填充量、被分离料液温度、料液浓度对ONS填充膜分离性能的影响。得出以下结论,膜的溶胀度随着ONS填充量的增加先增加后略有下降,在ONS填充量为5wt%时溶胀度最大;随着ONS填充量逐渐增加,膜的渗透通量先增加后减小,透过液中乙醇浓度先增加后减小,在ONS填充量是5wt%时,填充膜的渗透通量和分离因子均取得最大值;随着料液温度的升高,填充膜的分离因子和渗透通量都变大,渗透通量与温度的关系符合Arrhenius方程;随着料液浓度的增加,分离因子和渗透通量都变大。(4)采用液相扩散法制备多孔的疏水咪唑酯骨架结构材料(ZIF-8),并用ZIF-8粒子作填充剂制备(ZIF-8)-PDMS/PTFE填充膜。用该填充膜分离低浓度的乙醇/水溶液,研究ZIF-8粒子填充量、料液温度、料液浓度对分离性能的影响。结果表明,填充了ZIF-8粒子的膜分离性能要比未填充膜好;随着ZIF-8粒子填充量的增加,渗透通量逐渐变大,分离因子先增加后减小,在粒子填充量为2wt%时,分离因子达到最大值9.23,此时渗透通量为586.3g/(m2h);随着料液温度的升高,ZIF-8填充膜的通量和分离因子都增加;在料液浓度变大时,填充膜的渗透通量变大而分离因子逐渐减小。