.
表2 聚乙烯基咪唑接枝膜在不同pH介质中的纯水通量(30 ℃, 150 Pa)
Table 2 Water flux at different pH through VI grafted mem-brane (30 ℃, 150 Pa)
pH Permeation flux/ (g m－2 h－1)
7.0 5.5 4.0 2.5 1.5 679.98 670.89 652.54 575.1443.53
意到复合膜存在明显的pH响应性(表2): 即随着溶液的pH逐渐变小, 透过膜的纯水通量也明显下降. 由于聚乙烯基咪唑在酸性溶液中会质子化, 形成中心离子荷正电的聚电解质. 通常质子化越高的膜亲水性越强, 水的通量应随着质子化程度的提高而提高. 但在PVI接枝膜中水通量的变化却是相反的. 较为合理的解释是由于PVI在无机膜中的接枝主要发生在孔内, 一方面同种电荷间的静电排斥作用使高分子链在水中要充分伸展溶胀; 另一方面聚合物分子链的体积膨胀却受到无机膜孔壁的限制, 这两种作用的结果使分子链间的自由体积下降, 导致膜的纯水通量随着pH的减小而降低.
表3 质子化PVI接枝膜的渗透汽化性能(40 ℃)
Table 3 Pervaporation performances of protonated PVI grafted membrane (40 ℃)
Feed Acetic acid
wH2O/% 10
w'H2O/% 99.57
J/(g m－2 h－1)360.52
图4 溶液浓度对膜的分离性能的影响(40 ℃) Acetone 10 99.61 434.81
Methanol 10 99.12 443.54 Figure 4 Effect of feed concentration on the pervaporation
performances (40 ℃. Solid: permeation flux; hollow: water% in Ethanol 10 99.34 394.62
permeate)
2-Propanol 10 99.33 353.85 Ethanola 10 71.05 542.37 2-Propanol 10 85.14 476.15
a
图4的结果也表明, 复合膜对这三种醇溶液的渗透
a
性的变化规律与大多数聚合物膜相似, 即有JMeOH＞相同浓度的醇溶液JEtOH＞Ji-PrOH. 这是由于在相同温度、
中, 甲醇的分子尺寸最小, 饱和蒸汽压最高, 因此比乙醇和异丙醇有更快的扩散速度, 其渗透通量自然会较 大[28,29]. 但与聚合物亲水膜不同的是, 这种通过接枝制成的有机-无机复合膜对甲醇水溶液的选择性并不比其他醇溶液低. 这是这种复合膜与聚合物均质膜相比最特殊之处. 目前我们还无法找到解释这一现象的原因. 2.3.3 操作温度对膜性能的影响
当醇在溶液中的质量分数为90%时, 测得的复合膜渗透通量和选择性随操作温度的变化如图5所示. 结果
using no protonated PVI-ceramic membrane, 30 ℃.
表3列出了PVI-陶瓷阳离子复合膜对某些有机水溶液的渗透汽化分离性能. 由表可见, 质子化的PVI-陶瓷复合膜比未质子化的复合膜有高得多的选择性, 说明质子化对提高膜的选择性是十分有利的. 这一现象在很多聚电解质膜中都能观察到[12,13,26,27], 说明使聚合物膜表面离子化有利于提高亲水膜的选择性. 表3的结果还表明, PVI/陶瓷阳离子复合膜是一种性能优异的亲水性渗透汽化膜, 该膜不仅对大多数有机溶液有很好的渗透汽化分离性能, 而且对甲醇水溶液也表现出优异的分离
氧化铝相关文献
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化 学 学 报 Vol. 66, 2008
分离性能. 特别是这种膜在甲醇/水和乙酸水溶液的分离中所表现出来的优良性能, 在聚合物渗透汽化膜中是很少见的. 实验表明, 膜在有机水溶液的分离中有很高的选择性, 基本上不受溶液浓度和操作温度的影响. 但膜的渗透性随温度的变化与聚合物膜有很大差异, 出现随温度升高渗透通量下降或先升高后降低的现象. 结合SEM对膜的表面和断面形态的观察, 可以假设, 这种通过溶液接枝的方法制备的有机-无机复合膜, 其活性分离层是由接枝在无机微孔膜孔壁上的聚合物形成的. 有机-无机膜之间以共价键连接的界面使这类膜比单纯的
图5 操作温度对膜性能的影响(醇溶液质量分数90%) Figure 5 Effect of the operation temperature on the pervapora-tion performances (Alcohol in feed: 90%. Solid: permeation flux; hollow: water% in permeate)
通过在无机微孔膜中填充制成的杂化膜有高得多的选择性. 接枝聚合物在孔内的受限膨胀是这类聚合物出现温度反常的主要原因.
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表明, 对于这三种醇溶液, 膜的选择性都很好, 几乎不受温度的影响, 水在渗透液中的浓度均高于99%. 但膜的渗透性随温度的变化却显得非常特别. 当分离介质为乙醇/水和异丙醇/水溶液时, 渗透通量随温度的变化是先增加后降低的. 而当分离介质为甲醇/水混合物时, 其渗透通量则随着温度的升高不断降低.