随着化石燃料的稀缺和环境污染的加剧,生物燃料特别是生物醇受到了越来越多的关注。渗透汽化,作为一种基于膜的分离工艺,用于从发酵系统分离生物醇是极具竞争力的。因为与传统的分离技术相比,渗透汽化不仅具有环境友好和成本低等优点;特别的是,其还能高效分离共沸混合物。众所周知,膜是决定渗透汽化分离性能的关键因素之一。从渗透汽化脱水膜材料的选择来看,聚酰亚胺已被证明是优良候选之一,因为其具备比大多数常规亲水性高分子更突出的物理化学性质,比如高的热稳定性和优异的机械性能。然而,聚酰亚胺膜仍面临着低通量和不可忽视的溶胀等问题。为此,本论文通过热交联、酰肼交联以及热环化脱水等对聚酰亚胺膜进行了化学修饰,并研究了不同改性手段对其相应的物化性质、分离性能和长期操作稳定性的影响。首先,分别通过化学和热亚胺化方法合成两种新的含羧基的聚酰亚胺,然后对相应的膜进行热处理改性。结果表明,热处理对这两种含羧基的聚酰亚胺膜的物化性质和分离性能具有相似的影响。相对低温的热处理仅导致热退火,而较高温度的热处理还会引发热诱导的脱羧基交联(热交联)。含羧基的聚酰亚胺膜在适当温度下进行热交联后,其用于乙醇脱水的分离性能可以被明显改善。得到的热交联聚酰亚胺膜的渗透汽化分离性能优于大多数致密膜。其次,使用一种新型交联剂1,3,5-苯三甲酸三酰肼(BTCH)原位交联聚酰亚胺膜,并用于渗透汽化异丙醇脱水。BTCH中的酰肼基团能够与聚酰亚胺中的酰亚胺基团反应形成网状交联结构。本论文讨论了BTCH含量和成膜温度对聚酰亚胺膜的物化性质和分离性能的影响。优化改性条件后,聚酰亚胺链形成了稳定的网状交联,有效地提高了相应的聚酰亚胺膜的分离因子。第三,首次应用热处理改性含酰肼的聚酰亚胺膜。结果表明,热处理具有两种相反的效果,即热退火和热环化脱水,它们都随着热处理温度的升高而增强。通过在合适温度下进行热处理,可以优化热环化脱水聚(酰亚胺-噁二唑)膜用于异丙醇脱水的分离性能,其通量增加至2倍,而相应的分离因子仅略微降低。此外,优化的聚(酰亚胺-噁二唑)膜显示出优异的长期操作稳定性,这可能是由于有效的热退火和热环化脱水使其具备稳定的形态和刚性的化学结构。最后,在前面工作的基础上,通过对苯二甲酸二酰肼交联和随后的热诱导环化脱水,对聚酰亚胺膜进行联合改性。通过各种表征技术研究了热环化脱水和交联的联合改性对聚酰亚胺膜的物理化学性质和分离性能的影响。同时,为了进行全面的比较,本研究列举了其他的改性方法(热退火,对二甲苯二胺交联和对苯二甲酰二肼交联)。可以发现,当聚酰亚胺膜用于渗透汽化醇类有机物(甲醇,乙醇和异丙醇)脱水时,只有热环化脱水和交联的联合改性才能使其克服通量和分离因子之间的权衡效应。经联合改性后,聚酰亚胺膜对乙醇脱水的整体分离性能提高约50%,对异丙醇脱水也显示出令人满意的分离性能,具有显著提升的选择性和增强的渗透率。