功能性高分子期末報告 -改性三醋酸纖維素中空纖維膜的效能,班級:化材四甲 學號:49940005 姓名:吳致樺 指導老師:謝慶東,一、簡介,纖維素酯是一種良好的材料早期中使用在分離膜的製備。大量研究指出，質量傳輸和纖維素酯膜的形成方法，在PV分離有機/有機混合物已被證實。到目前為止。 Mulder等人。實驗研究中的PV分離二甲苯溶液的異形體中使用的纖維素酯膜。,Cai等人研發了一種由聚乙烯醇（PVA）和醋酸纖維素（CA）的複合膜，初步結果顯示由有機溶劑改質後的三醋酸纖維素（CTA）。合成出來的膜具有優異性能，利用PV分離甲基叔丁基醚（MTBE）/甲醇（MeOH）的混合物。 Chen等人。將醚類用CA膜分離醇類，獲得了良好的成果，並建造了工業從甲醇/ MTBE/ C混合溶液中回收甲醇。,已被適當地組合在一起，來取得理想的功能的兩個或兩個以上不同的聚合物的概念也可用於在製備纖維素酯膜具有改善性能。 Nguyen和schaetzel等人。分別準備了乙酸丁酸纖維素（CAB）和乙酸丙酸纖維素（CAP）的混合膜做醇/醚混合物的PV分離，來研究膜的傳輸性質的行為。,結果表明，膜的分離性能顯明地的選擇性的膜和纖維素酯的化學結構的影響。曹等人。呈列影響PV分離甲基叔丁基醚/甲醇混合物的乙酰化度的CA。他們發現乙酰化度越高的CA是較低的選擇性吸附性能CA膜MTBE/甲醇混合物。實驗結果表明，CA膜的吸附選擇性優於CTA膜在甲基叔丁基醚/甲醇混合物的分離。,纖維素酯膜中使用的反滲透（RO）過程是一個不對稱的，由薄的，緻密的表皮（有源層）與多孔質支持層的下面。但是PV膜的結構是多孔的，緻密，均勻的比較，與RO膜。人們認識到，可以修改成PV膜RO膜，通過改變膜的結構。在這項工作中，我們進行了修改測試CTA中空纖維RO膜的有機溶劑的處理的裝置，和調查的PV分離性能和改性膜的結構。,二、實驗過程,2.1.膜和化學性質 CTA中空纖維反滲透膜是由我們的中心在這項工作中選擇的，這是用來淡化海水，高礦化度產生的。甲醇，丙酮，二氧六環，乙酸均為分析純，中國製造。甲基叔丁基醚與99.9的純度從Tedia公司，美國購得。它們被用在本研究中，無需進一步純化。,CTA中空纖維反滲透膜用於鹹水脫鹽浸泡在有機溶劑中一段時間。之後他們被滴乾，將膜的一端附著在一個不銹鋼管的粘接劑。膜和模塊的特性列於表1。 處理過的CTA中空纖維膜的PV試驗過程示於圖1。進料濃度在MTBE中10重量的甲醇，並在進料溫度為25。下游壓力低於1000帕液態氮阱被用於捕捉滲透物。進料的濃度和滲透物通過氣相色譜法（模式1 SP-3420，由北京分析儀器廠，中國）用熱導檢測器和401輸入1米不銹鋼柱進行分析。,分離係數（MeOWM.raBnEd）滲透通量（JPV）被定義如下： McOH/ MTBE=（YMcOH/YMTBE）/（XMcOH/XMTBE） JPV= QlAt,表一.該膜和該模塊的特徵,日立S-570自動掃描電子顯微鏡（SEM）來探討CTA中空纖維膜的形態。用薄金粉塗佈樣品後觀察到膜的外表面上。在為了觀察該膜的斷面，將樣品斷裂在液氮中，並塗有金粉。,三、結果與討論,纖維素酯的溶劑通常是丙酮或二氧六環。丙酮，二氧六環，乙醇和乙酸分別被選擇作為改質劑對CTA的RO膜。 CTA膜未處理和用溶劑的浸泡處理後的光伏結果示於表2中。 如表2所示，與（MeOH，MTBE= 2.5）未處理的膜相比，處理過的膜的分離因子增加，由於泡中空纖維RO膜的CTA在有機溶劑中超過10甚至上千次。用改質劑處理過的CTA中空纖維膜的光伏性能是相當不同的。,顯而易見的是，用丙酮處理的膜顯示了較高的甲醇的選擇性高於對甲基叔丁基醚，並用乙醇處理該膜顯示了較高的滲透通量。 表二.幾種改質劑的影響 丙酮濃度：8V;處理時間：23小時,浸泡在不同濃度的丙酮水溶液中24小時的處理後的CTA中空纖維膜的光伏性能示於圖2。圖 2表示，被處理過的CTA中空纖維膜的滲透通量降低，分離因子增大，即吸附選擇性的增加是因為用丙酮濃度的浸泡溶液的增加減少的CTA膜的MeOH和MTBE的總體溶解性。經丙酮處理降低了聚合物鏈段的流動性，從而在光伏過程滲透組分的擴散性下降。兩個擴散性和溶解性的降低所引起的降低滲透通量，並增加了分離係數。,CTA中空纖維膜浸泡在8V丙酮水溶液不同處理時間的實驗結果示於圖3。如該圖所示。隨處理時間的增加，CTA中空纖維膜處理降低滲透通量，而分離係數增加。在CTA反滲透膜表面的多孔活性層，解決了在丙酮水溶液中，形成在膜表面上的半晶形聚合物，導致在MTBE中的CTA中空纖維膜處理的減少，吸附和分離因子增加。,圖二、丙酮濃度的影響 圖三、處理時間的影響,CTA的中空纖維膜未處理和處理過的SEM形貌示於圖4。該照片顯示出在頂面的結構變化（在圖4a和4b）和橫截面（在圖4c和4d）的CTA中空纖維膜。 通過檢查圖4中的變化，明顯的是，多孔、凹膜的表面已經改變了無孔的、光滑、緻密的膜（參見圖4a和4b）。在圖4c和4d，在CTA膜的橫截面的兩層結構已經消失了。其結果是，非對稱和多孔結構中RO膜變成均相和自由孔結構。這就是為什麼通過浸泡在丙酮水溶液中一段時間治療CTA中空纖維膜成為光伏膜是良好的分離性能。,圖四、中空纖維膜在SEM下的表面和截面圖,四、結論,CTA中空纖維RO膜可通過在含水丙酮改性處理的裝置被改變成光伏分離膜。CTA中空纖維膜的改質性能取決於類型和改質劑的濃度、處理時間。更好的改質條件為CTA中空纖維反滲透膜用來淡化海水，高礦化度均為8-10V%的丙酮濃度，浸泡在丙酮水溶液中超過20小時的處理時間。 在浸泡處理CTA膜可以使多孔、非對稱結構成為非多孔的、均勻的。 SEM照片顯示前，後處理CTA中空纖維膜的結構有很大不同。這可以解釋為什麼膜反滲透可以通過改質處理的方式成為光伏。,參考文獻,1M.H.V. Mulder, F. Kruitz and CA. Smolders, Separation of isomeric xylenes by pervaporation through cellulose ester membranes, J. Membr. Sci., 11 (1982)349. 2B.X. Cai, L. Yu, H.L. Ye andC.J. Gao, Effect of separation layer in pervaporation composite membrane for MTBE/MeOH separation, J. Membr. Sci., 194 (2001) 151-156. 3B.X. Cai, L. Yu, H.L. Ye, J. Hu, L.F. Zhu, Y. Zhou and C.J. Gao, Studies on the PVAmembrane and cellulose ester membrane and their pervaporation performance for separation of organic mixture, Technol. Water Treatm., 27 (6) (2001) 314-317 (in Chinese). 4MS. Chen, R.M. Eng, J.L. Glazer and C.Ci Wensley, Pervaporation process for separating alcohols from ethers. US Patent 4774 365, 1988. 5MS. Chen, GS. Markiewicz and K.G Venugopal, Development of membrane pervaporation TRIMM process for methanol recovery from CH,OH/MTBE/ C, mixtures, AIChE Symp. Series, Membr. Sep. in Chem. Ind., 272 (85) (1989) 82-88. 6Q.T. Nguyen, I. Noezar, R. Clement, C. Streicher and H. Brueschke, Poly(vinyl pyrrolidone-co-vinyl acetate)-cellulose acetate blends as novel pervaporation membrane for ethanol-ethyl tertio-butyl ether separation, Polym. Adv. Technol., 8 (1997) 477-486.,7M. Niang, GS. Luo and P. Schaetzel, Pervaporation separation of methyl tert-butyl ether/methanol mixtures using a high-performance blended membrane, J. Appl. Polym. Sci., 64 (5) (1997) 875-882. 8GS. Luo, M. Niang and P. Schaetzel, Pervaporation separation of ethyl rert-butyl ether/ethanol mixtures with a blended membrane, J. Membr. Sci., 125 (1997) 237-244. 9S.G. Cao, Y.Q. Shi and G.W. Chen, Influence of acetylation degree of cellulose acetate on pervaporation properties for MeOHMTBE mixture, J. Membr. Sci., 165 (1) (2000) 89-97. 10S.G. Cao, Y.Q. Shi and G.W. Chen, Permeation behaviour in cellulose triacetate dense membrane during pervaporation separation of methanol/methyl tert-butyl ether mixture, Polym. Intl., 49 (2) (2000) 209-215. 11 S.Q. Lin, P.Z. Yu, GS. Zhou and X.L. Chen, Development of CTA hollow fiber RO membrane for desalination of brackish water with high salinity, Technol. Water Treatm., 23 (2) (1997) 74-77 (in Chinese). 12 B.X. Cai, Study of effect of preparation process of hollow fiber composite membrane on separation performance by pervaporation, Technol. Water Treatm., 26 (3) (2000) 136-139 (in Chinese),