摘要: 渗透汽化膜表面结构是影响其分离性能的重要因素。通过一定的化学或物理改性方法,在膜表面构筑特殊结构是提高其分离效率的重要手段。在制膜液中加入表面改性剂,利用环境的诱导作用,能够使某一特殊组份或官能团在膜表面富集,是对分离膜进行表面改性常... 展开 渗透汽化膜表面结构是影响其分离性能的重要因素。通过一定的化学或物理改性方法,在膜表面构筑特殊结构是提高其分离效率的重要手段。在制膜液中加入表面改性剂,利用环境的诱导作用,能够使某一特殊组份或官能团在膜表面富集,是对分离膜进行表面改性常用的方法之一,尤其是在提高有机物优先透过膜分离效率方面具有很好的潜力。然而在水优先透过膜改性中,添加表面改性剂后固化膜表面往往形成疏水性构型,这对于提高膜对水的分离选择性是不利的。因此,深入了解添加组份对水优先透过膜固化及分离过程中表面结构的影响,对于改善其分离效率、理解膜表面结构对分离性能的贡献方面都具有十分重要的意义。 基于此,本文将聚甲基丙烯酸(PMAA)加入到常用的水优先透过膜聚乙烯醇(PVA)溶液中,研究固化膜表结构随PMAA加入后的变化,同时利用表面单分子层灵敏的和频振动光谱(SFG)对膜固化前后表面分子构象或官能团的排列进行监测,考察膜表面结构对其分离性能的影响规律,以及其对乙酸/水,乙醇/水混合物的分离效果。研究结果如下: 1)将少量PMAA加入到PVA溶液中,PMAA在固化膜空气面富集,SFG发现甲基在固化膜空气面规整排列,而经极性环境诱导后,表面的PMAA分子发生构象的翻转,形成亲水性构型;固化膜的玻璃面由于羧基与极性基底作用,使PMAA在玻璃面富集,从而增加膜表面的亲水性能。 2)研究发现PMAA在PVA膜空气面和玻璃面富集达到平衡时对加入的PMAA量依赖性不同。玻璃面在PMAA加入量为2wt%时达到平衡,而空气面在PMAA加入量为4wt%时才能达到平衡。 3)利用表面富集改性方法制备的PMAA/PVA膜在40℃下渗透汽化分离90wt%的乙酸/水时,渗透通量基本保持不变,而渗透液中水的浓度则从73wt%上升到81wt%。原因可能是当膜的表面与极性料液接触后,表面的PMAA发生构象的翻转,形成亲水性构型,进而提高膜对水的分离选择性。 4)在88%醇解度的PVA膜加入PMAA后,膜对95wt%乙醇/水混合物(共沸组成)的分离性能明显提高。渗透通量保持在100g/m2·h左右前提下渗透液中水含量达到87wt%,同时对异丙醇/水,丙酮/水等其他有机物水混合物也表现出较好的分离性能。 收起