渗透物小分子在聚酰亚胺渗透汽化膜中扩散特性的研究

摘要

渗透汽化膜分离技术是最有发展前途的分离方法之一。在渗透汽化过程中，渗透物分子在膜内的扩散过程，是影响膜分离性能的关键因素。因此研究扩散现象对膜分离技术的发展，具有重要意义。本论文采用了4种二胺和3种二酐通过两步法制备了12种不同结构的聚酰亚胺(PI)均质膜，利用动态吸附试验装置测定了水蒸汽小分子在不同结构PI膜中的吸附曲线，并通过计算反常扩散指数讨论了渗透物小分子在PI膜中的扩散形式，以及PI膜结构对吸附特性的影响；进一步测定甲醇、乙醇、异丙醇、水在PI膜中的吸附曲线和不同温度下(298K、303K、308K.)水蒸汽在PI膜的吸附曲线，讨论不同温度和不同渗透物小分子在PI膜中的吸附特性的规律。 实验表明，渗透物小分子在PI膜中的扩散过程在吸附初期大致分为Ⅰ、Ⅱ两段，其中Ⅰ段扩散速度小于Ⅱ段；小分子在PI膜中的扩散类型按照反常扩散指数所在值域的不同分为四类：0<2时，扩散类型为超扩散；d<,w>=2时，扩散类型为Fick扩散；d<,w>>2时，扩散类型为反常扩散；d<,w>→∞时，扩散类型为Case Ⅱ扩散。膜结构是扩散速度的主要决定因素，随着膜材料密度增大，分子链间距减小，自由体积分数减小，分子链堆砌的紧密，链段活动性变差，小分子在聚酰亚胺膜中的扩散速度变小。水在PI膜中的扩散属于Fick扩散，醇类在PI膜中的扩散呈现反常扩散的特征，不同溶剂小分子在PI膜中的扩散速度大小规律为水>甲醇>乙醇>异丙醇；温度是另一影响扩散速度的因素，温度的升高，小分子在PI膜中吸附的反常扩散指数减小，扩散速度增加。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:符号说明

声明

第一章文献综述

1.1膜分离技术进展

1.2渗透汽化定义及机理

1.2.1渗透汽化定义

1.2.2渗透汽化原理

1.2.2各传质模型

1.3溶解-扩散模型

1.3.1溶解过程

1.3.2扩散过程

1.4扩散系数测定方法

1.4.1反向气相色谱法

1.4.2核磁共振法

1.4.3受迫激光光散射法

1.4.4动态重量吸收法

1.4. 5FTIR-ATR法

1.5膜材料的结构与性能

1.5.1膜材料的结构

1.5.2膜材料的物理参数

1.5.3膜材料的评价参数

1.6聚酰亚胺膜材料

1.7本课题的主要研究内容及意义

第二章实验部分

2.1膜材料的制备

2.1.1原料与试剂

2.1.2膜材料的制备

2.1.3膜材料物理参数的测定

2.2吸附实验装置及实验方法

2.2.1实验装置

2.2.2实验方法

第三章结果与讨论

3.1单体结构对PI膜结构的影响

3.1.1对密度的影响

3.1.2对自由体积的影响

3.1.3对玻璃化转变温度的影响

3.1.4对平均链间距的影响

3.2渗透物小分子在膜中的扩散行为

3.2.1水蒸汽在聚酰亚胺膜中的吸附曲线

3.2.2吸附初期反常扩散指数与扩散类型

3.2.3溶剂小分子对扩散速度的影响

3.2.4乙醇蒸汽分子在PI膜中的扩散

3.3膜材料结构对扩散性能的影响

3.3.1二胺结构对扩散性能的影响

3.3.1二酐结构对扩散性能的影响

3.3.3 PI膜结构与扩散系数相关性

3.4溶剂种类对扩散性能的影响

3.5温度对扩散性能的影响

3.6脱附行为初探

3.6.1小分子在ODPA-MDA中的脱附

3.6.2温度对脱附速度的影响

第四章结论

对今后工作的一些建议

参考文献

附录

致谢

硕士期间发表论文

作者简介

导师简介