隨著化石燃料的稀缺和環(huán)境污染的加劇,生物燃料特別是生物醇受到了越來越多的關(guān)注。滲透汽化,作為一種基于膜的分離工藝,用于從發(fā)酵系統(tǒng)分離生物醇是極具競爭力的。因為與傳統(tǒng)的分離技術(shù)相比,滲透汽化不僅具有環(huán)境友好和成本低等優(yōu)點;特別的是,其還能高效分離共沸混合物。眾所周知,膜是決定滲透汽化分離性能的關(guān)鍵因素之一。從滲透汽化脫水膜材料的選擇來看,聚酰亞胺已被證明是優(yōu)良候選之一,因為其具備比大多數(shù)常規(guī)親水性高分子更突出的物理化學性質(zhì),比如高的熱穩(wěn)定性和優(yōu)異的機械性能。然而,聚酰亞胺膜仍面臨著低通量和不可忽視的溶脹等問題。為此,本論文通過熱交聯(lián)、酰肼交聯(lián)以及熱環(huán)化脫水等對聚酰亞胺膜進行了化學修飾,并研究了不同改性手段對其相應的物化性質(zhì)、分離性能和長期操作穩(wěn)定性的影響。首先,分別通過化學和熱亞胺化方法合成兩種新的含羧基的聚酰亞胺,然后對相應的膜進行熱處理改性。結(jié)果表明,熱處理對這兩種含羧基的聚酰亞胺膜的物化性質(zhì)和分離性能具有相似的影響。相對低溫的熱處理僅導致熱退火,而較高溫度的熱處理還會引發(fā)熱誘導的脫羧基交聯(lián)(熱交聯(lián))。含羧基的聚酰亞胺膜在適當溫度下進行熱交聯(lián)后,其用于乙醇脫水的分離性能可以被明顯改善...

【文章頁數(shù)】：141 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 滲透汽化
        1.1.1 滲透汽化的歷史
        1.1.2 滲透汽化的基本原理
        1.1.3 滲透汽化的傳質(zhì)模型
        1.1.4 滲透汽化過程的影響因素
        1.1.5 滲透汽化的應用領(lǐng)域
    1.2 滲透汽化膜
        1.2.1 滲透汽化膜的分類
        1.2.2 滲透汽化高分子膜材料的選擇
        1.2.3 滲透汽化高分子膜的常規(guī)制備方法
    1.3 聚酰亞胺分離膜
        1.3.1 聚酰亞胺
        1.3.2 聚酰亞胺膜在滲透汽化領(lǐng)域的應用
    1.4 聚酰亞胺滲透汽化膜的改性
        1.4.1 共混
        1.4.2 熱退火
        1.4.3 熱重排
        1.4.4 熱環(huán)化脫水
        1.4.5 熱交聯(lián)
        1.4.6 胺交聯(lián)
        1.4.7 醇交聯(lián)
    1.5 本文的研究內(nèi)容及創(chuàng)新點
        1.5.1 本文的研究內(nèi)容
        1.5.2 本文的創(chuàng)新點
2 材料與方法
    2.1 材料與儀器
        2.1.1 實驗材料
        2.1.2 實驗儀器
    2.2 滲透汽化性能測試
    2.3 表征方法
        2.3.1 GPC
        2.3.2 特性粘度測試
        2.3.3 FTIR
        2.3.4 TGA
        2.3.5 WXRD
        2.3.6 溶解度測試
        2.3.7 機械拉伸測試
        2.3.8 UV
        2.3.9 接觸角測試
        2.3.10 熔點測試
        2.3.11 ¹H NMR
        2.3.12 凝膠含量測試
        2.3.13 XPS
        2.3.14 吸附測試
        2.3.15 脫附測試
    2.4 本章小結(jié)
3 熱交聯(lián)改性
    3.1 引言
    3.2 實驗部分
        3.2.1 材料與儀器
        3.2.2 熱交聯(lián)PI致密膜的制備
        3.2.3 滲透汽化性能測試
        3.2.4 PI的合成表征
        3.2.5 熱交聯(lián)PI膜的表征
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 PI的合成表征
        3.3.2 熱處理溫度對PI膜的物化性質(zhì)的影響
        3.3.3 熱處理溫度對PI膜的滲透汽化性能的影響
        3.3.4 操作溫度對熱交聯(lián)PI膜的滲透汽化性能的影響
        3.3.5 滲透汽化性能比較
    3.4 本章小結(jié)
4 三酰肼交聯(lián)改性
    4.1 引言
    4.2 實驗部分
        4.2.1 材料與儀器
        4.2.2 BTCH的合成
        4.2.3 BTCH交聯(lián)MATRIMID致密膜的制備
        4.2.4 滲透汽化性能測試
        4.2.5 BTCH的合成表征
        4.2.6 BTCH交聯(lián)PI膜的表征
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 BTCH的合成表征
        4.3.2 BTCH含量對交聯(lián)PI膜的影響
        4.3.3 成膜溫度對BTCH交聯(lián)PI膜的影響
        4.3.4 滲透汽化性能比較
    4.4 本章小結(jié)
5 熱環(huán)化脫水改性
    5.1 引言
    5.2 實驗部分
        5.2.1 材料與儀器
        5.2.2 熱環(huán)化脫水改性PI膜的制備
        5.2.3 滲透汽化性能測試
        5.2.4 表征
    5.3 結(jié)果與討論
        5.3.1 熱環(huán)化脫水改性PI膜的表征
        5.3.2 熱環(huán)化脫水改性PI膜的滲透汽化分離性能
        5.3.3 操作溫度對滲透汽化性能的影響
        5.3.4 長期操作穩(wěn)定性測試
    5.4 本章小結(jié)
6 交聯(lián)和熱環(huán)化脫水聯(lián)合改性
    6.1 引言
    6.2 試驗部分
        6.2.1 材料與設(shè)備
        6.2.2 改性PI致密膜的制備
        6.2.3 滲透汽化性能測試
        6.2.4 膜表征
    6.3 結(jié)果與討論
        6.3.1 不同改性PI膜的物化性質(zhì)
        6.3.2 不同改性PI膜的分離性能
        6.3.3 溶解和擴散分析
        6.3.4 聯(lián)合改性的PI膜用于不同醇類有機物脫水的分離性能
        6.3.5 滲透汽化性能比較
    6.4 本章小結(jié)
7 結(jié)論與展望
    7.1 結(jié)論
    7.2 展望
參考文獻
致謝
攻讀博士期間發(fā)表論文與取得的其它研究成果及榮譽



本文編號：3860802