2014年12月16日星期二

PVA復合膜的滲透汽化性能研究(I)

PVA復合膜的滲透汽化性能研究(I)

PVA復合膜的滲透汽化性能研究(I)

摘要： 本文研究瞭以PAN膜為支撐層的PVA復合膜分離醇水溶液的性能。著眼於工業應用，揭示瞭滲透汽化操作條件對分離性能的影響，展示瞭長期運行時的分離性能。結果表明，PVA復合膜具有高滲透通量(J＞500g／m2h)和優異分離率，長期運行(大於8個月)性能穩定。 關鍵詞： PVA復合膜 滲透汽化 酒精脫水 分離性能崛起於液體分離領域的滲透汽化膜過程，正是由於運用瞭聚乙烯醇／聚丙烯腈(PVA／PAN)復合膜，才於80年代初首先在酒精脫水的工業生產中得到成功應用。我們設計開發成功的首臺滲透汽化中試裝置[1，2]采用的是以PVA為主要材料的復合膜。因此，開發高選擇性、高滲透通量的PVA復合膜是發展滲透汽化技術的一個主要研究方向。

　　本文研制的PVA復合膜的酒精脫水分離性能，旨在揭示滲透汽化過程該復合膜的分離性能與過程參數的關系，著眼於工業應用，展示該復合膜長期運行時的分離性能。　　以不同濃度的酒精為料液，改變操作溫度或膜下遊真空度或膜面物料流速，可獲得一定條件下復合膜的滲透汽化分離性能。滲透通量(J)以單位時間(h)單位膜面積(m2)透過的滲透物重量(g)表示，料液和滲透物的乙醇濃度(Xe、Ye)用氣相色譜分析方法測定[3]。分離因子(α)的表達式為：

　　　　α=［滲透物中水濃度（Yw）/滲透物中乙醇濃度（Ye）］/［料液中水濃度(Xw)／料液中乙醇濃度(Xe)］2　　結果與討論　　圖2顯示，滲透通量的增加雖然變化幅度不太大，但呈直線上升。而滲透物的乙醇濃度(Cp，e)在35℃以下操作時都檢測不出；高於35℃，則隨著操作溫度的提高而明顯的增加。這些性能變化符合大多數滲透汽化選擇分離性能與溫度的關系[4]。

2.1.3 操作壓力的影響　　在滲透汽化過程的操作中，膜上遊的壓力即使在高達接近10MPa的壓力范圍內，都不會對膜的分離性能產生明顯的影響[5]。因此，本文僅研究過程中膜下遊壓力的影響。表1列出瞭有關實驗結果。

表1 下遊壓力對復合膜性能的影響（膜號：4707） 膜下遊壓力（Pa) 滲透通量（g/m2.h) 乙醇濃度（wt%) 已運行時間（d） 料液 滲透液 1×104 506 94.10 0.0 30 2×103 647 94.40 0.06 44 7×103 476 99.29 0.271 38 2×103 617 99.12 0.147 43

2.1.4　 膜面流速的影響2.2 長期運行對復合膜性能的影響　　 用膜號4707、4706分別進行瞭長期運行試驗，結果見表2。　　復合膜在開始投入運行之前，已在室溫條件下貯存的時間：4707膜為3.3個月，4706膜為1.8個月。　　表2表明，2個批號的PVA復合膜分別經長達5.7個月和8.3個月的運行試驗，滲透物中乙醇濃度幾無增加，即分離率沒有明顯變化。由於實驗測試時都未對操作條件加以調整控制，表2所示的滲透通量經長期運行時間的延長而下降，這應歸因於操作溫度的降低和膜下遊壓力升高的雙重效應的影響結果。根據這些實驗結果可以認為，PVA復合膜對醇水溶液的分離性能是穩定的，長期運行不會使膜的分離性能明顯下降，這些膜裝置在生產應用中將會有較長的使用壽命。

3　結論　　以PAN為支撐層的PVA復合膜分離乙醇水溶液，滲透物中檢測不出乙醇組分，滲透通量達500g／m2h以上，即使在料液乙醇濃度大於99wt％時，PVA復合膜仍有較高的滲透通 量和優異的選擇分離性能。

　　滲透汽化操作條件(料液濃度、操作溫度、膜下遊壓力以及膜面流速)對復合膜的分離性能產生影響。高通量的PVA／PAN復合膜分離操作時要設定較低的膜下遊壓力、較高的膜面流 速，即便在較低的操作溫度(小於36℃)、大於95wt％乙醇濃度的料液運行時，仍然保持高滲透 通量和優異分離率的顯著特點。這些參數對於裝置、工藝的設計開發是極其重要的。　　 1 Cai Bangxiao，Zhu Changluo and Liu Moe，Water Treatment，1995，3：195—206

　　 2 蔡邦肖，朱長樂，劉茉娥，化學工業與工程，1996，13(1)：14—20

　　 3 蔡邦肖，水處理技術，1996，22(5)：282　　 6 J.Neel，et al，Journal of Membrane Science，1986，27：217

論文作者：蔡邦肖
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