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1、Abstract摘 要蒸汽渗透是分离混合蒸汽最有效的技术之一。与渗透汽化不同的是，在这一过程中，由于膜表面的亲水基团只与水蒸气接触，膜的溶胀系数会减弱，既保留了渗透汽化的一些优点，又克服了渗透汽化的一些缺点。因此，膜除湿技术因其具有选择性高、能耗低、工艺简单、无二次污染等优点而备受关注。其核心技术是制备高性能、无污染的超滤膜。因此，制备亲水性强、除湿效率高、稳定性好的气体超滤膜是该技术产业化的关键。现有平板膜机理制备的平板膜通量低，截留率相关性不好，制约了平板膜在工业领域的进一步应用。本文使用溶剂蒸发法制备氰乙基纤维素改性聚乙烯醇蒸汽渗透膜。膜的气体除湿性能随着HEC含量的增加也呈现先上升后降
2、低的趋势，最优可达73.10%。实现了膜的制备，及对其进行改性。设计了日产300平板刮膜机，能够实现精确控制膜厚以及其它各种制膜工艺条件，保证制膜重复性的要求，以满足市场上对于膜的需要。关键词：羟乙基纤维素 聚乙烯醇 蒸汽渗透 平板制膜机IVAbstractSteam permeation is one of the most effective technologies for separating mixed steam. Different from pervaporation, in this process, because the hydrophilic groups on the
3、 membrane surface only contact with water vapor, the swelling coefficient of the membrane will be weakened, which not only retains some advantages of pervaporation, but also overcomes some disadvantages of pervaporation. Therefore, membrane dehumidification technology has attracted much attention be
4、cause of its high selectivity, low energy consumption, simple process and no secondary pollution. The core technology is to prepare high-performance and pollution-free ultrafiltration membrane. Therefore, the key to industrialization of this technology is to prepare gas ultrafiltration membrane with
5、 strong hydrophilicity, high dehumidification efficiency and good stability. The low flux and the bad correlation of rejection of the existing flat membrane mechanism restrict the further application of the flat membrane in the industrial field. In this paper, cyanoethylcellulose modified PVA vapor
6、permeable membrane was prepared by solvent evaporation. With the increase of HEC content, the gas dehumidification performance of the membrane also increased first and then decreased, with an optimal rate of 73.10%. The membrane was prepared and modified. A 300 per day flat film scraper is designed,
7、 which can accurately control the film thickness and other kinds of film making process conditions, and ensure the requirements of film making repeatability, so as to meet the market demand for film.Key words: Hydroxyethyl cellulose polyvinyl alcohol steam permeation flat membrane machin参考文献目录摘 要IAb
8、stractII第一章 文献综述11.1 膜的简介11.1.1 膜的发展简史11.1.2 膜的制备工艺11.1.3 膜科学的挑战与技术的局限21.2 膜法除湿技术的发展31.3 常见的气体除湿膜31.4 平板制膜机41.5 课题意义4第二章 实验材料与实验方法62.1 羟乙基纤维素改性聚乙烯醇蒸汽渗透膜的制备62.1.1 实验药品62.1.2 实验器材62.1.3 制备方法72.2 羟乙基纤维素改性聚乙烯醇蒸汽渗透膜性能研究72.2.1 ATR-FTIR72.2.2 水接触角72.2.3 铸膜液粘度82.2.4 膜机械性能82.2.5 膜溶胀度82.2.6 理想分离系数82.2.7 水蒸气渗透
9、性能测试92.2.8 气体除湿性能测试9第三章 结果与讨论103.1 实验结果103.1.1 ATR-FTIR103.1.2 铸膜液粘度103.1.3 膜的溶胀度113.1.4 膜机械性能113.1.5 膜亲水性能123.1.6 水蒸气渗透性能133.1.7 气体除湿性能133.2 结论14第四章 设计制膜机154.1现有技术15 4.2主要内容 154.3计算部分说明16参考文献17致 谢19第一章 文献综述1.1 膜的简介1.1.1 膜的发展简史关于膜发展的历史，首先出现的描述有关半透膜的描述的记录是于1748年的Jean Antoine Nollet，报道中猪膀胱对水更具渗透性而不是大家
10、以为的乙醇。后来，名叫约翰的人设计相关实验，将氢气灌满香蕉气球，将气球放置在天花板上，经过一段时间后，气球缓缓落下。米切尔假设由于某种原因，氢气能渗透出橡胶气球。这预示着一重要概念。在20世纪70年代后期，由于商业的开发，聚合物气体分离膜出现，出现的扩散定律与热传导定律和欧姆定律类似，以此提供了基本的数学模型。在膜发展时期，托玛斯爵士发表了一篇具有开创性的论文，提出了扩散模型的理论基础，当无孔聚合物气体分离中，将能够控制气体的输送速率。在这一模型中，气体分子在无孔聚合物的溶解，造成内部膜表面出现高压，使分子透过聚合物，于外膜表面解析出来。通过聚合物的扩散机理可知，聚合物膜在渗透过程中会被限速，
11、原因就是局部尺度开口导致聚合物链关闭聚合物中的瞬态间隙。所以，合物的包装和局部的节段运动聚合物链是关键。在未来的一段时间，膜工业得到了飞速发展，尤其是十分重要的气体分离膜，膜的产业在上世纪七八十年代得到了飞速发展，因为美国每年需要消耗大量的能源逗鱼蒸馏有关，足足占到了场内所有能源的22，足足有4500万亿Btu的能源。上万的精馏塔用于不同种类的分离，占工业部分所消耗能源的半成。在结晶，吸收和膜分离中，膜分离无疑是最有吸引力的，不需要热驱动力，也不涉及吸附剂。在目前的工业发展上，氨净化气体回收、脱水酸气去除、氧化学合成、氮浓缩、炼厂气净化和酸气去除等方面都需要用到气体分离膜。1.1.2 膜的制备
12、工艺现阶段，大多数的气体分离膜都基于相反转这一概念而制造的，因为这种方法是目前唯一可以在工业上使薄膜变薄的方法。无缺陷且比表面积大的膜，都具有实际应用意义。相转化这一方法，由Loeb和Sourirajan共同发明，最初是用来生产醋酸纤维素盐化膜，这是一种在多孔衬底便可以上制备且非常薄而致密的膜，为制备高性能的膜提供了一条新的可用的途径。目前，在制膜领域有一种主要的制备工业气体分离膜的方法，并且允许在足够大的区域内制备膜，相转化法制备膜，水的不溶性聚合物溶解在高沸点，可混溶的混合物或溶剂当中。由此种方法产生的溶液通常被人们称为聚合物涂料。后通过一个十分短的气隙，使溶剂中的水从新生膜的表面蒸发，由
13、于含水量减少，在中空纤维的表面形成薄薄的致密膜，所有的聚合物涂料会被浸没在水浴中，在浴中，聚合物的凝固和溶剂交换会生成一种多孔基底。它的表面上具有一层致密的，薄薄的表层膜。一般而言，浓度在30 e35 %的范围内的聚合物，是水溶性聚合物，可以为了优化多孔结构加入齐聚物，可以加入醇，水等其他添加剂，减少大孔洞的形成，使涂料在挤压前十分接近相分离边界。许多工业上气体分离膜都是以相转换法生产的中空纤维这种方法为基础。在纺丝的过程当中，为了中空纤维的孔内有一种共混物，常在孔内加入乳液。维持中空内部的压力，稳定形成纤维，凝结自旋涂料。经过相转换处理之后，成品膜一般储存在水中，在干燥才前进一步除去当中的溶
14、剂，然后以防止塞物堵在膜表面进行一定的处理。通常加入一种凝固介质，用来使中空纤维的外表面产生一层致密的，薄薄的膜，但也发生了另一种变化，即加入此种凝固介质，允许在内壁上形成薄薄的，致密的膜。但是，该方法具有一个缺点，那就是膜的单位长度，也就是有效比表面积，由于中空纤维的外径必然大于外径，所以BER减小了。相转化法制备低纤维通常采用常规非溶剂，对于相位反转制备的膜的消除致密层中的针孔是一个非常重要的关注点。因为制造无针孔膜十分困难，所以电子探针技术是一般的修复技术。使用YED密封所达到的任何缺陷，以达到100 nm或以下的有效致密层厚度。1.1.3 膜科学的挑战与技术的局限自1980年以来，与膜
15、分离技术有关的性质/结构研究一直以来都是十分重要的研究方向。膜分离技术的性能有几个关键因素，包括选择性，通量和渗透性。通量取决于聚合物有效厚度的选择极其渗透率。选择性则取决于聚合物的实现和选择“无针孔”吸附的能力。由于膜的厚度是一种工艺参数，聚合物的渗透性和选择性是聚合物研究的关键材料。大量的结构性能研究已经确定了具有高渗透率的聚合物结构成分，其中许多研究都确定了聚合物的结构特征能够进行气体分离。具体来说，提供AIJ和PI最佳组合的聚合物通常是玻璃状的，具有刚性的结构，表现出杂乱的链堆积。从本质上讲，这些聚合物提供了接近分子筛分特性所需的自由体积元素的尺寸分布。自从商用膜气体分离系统问世以来，有关聚合物膜的结构性能数据在文献中有了显著的增加。很明显，平衡系数，选择性与渗透率之间存在FF关系。在被称为“上限”的文献中出现了一个概念，在这个概念中，对数图的选择性相对于渗透性更强。 透气性气体显示，几乎所有的数据点都在一条明确的线以下。这种关系S被发现对从He、H2、O2、N2、CO2和CH4等常见气体中选择的气体对有效。1.2 膜法除湿技术的发展大量的研究学者利用不同类型的材料开发出来许多类型的工艺除湿膜，例如3 kW 质子交换膜便是应用了除湿技术，从实验和理论上实现了淡化又咸又苦的海水除湿工艺，以及海水淡化系统便是基于空气增湿除湿的技术。在吸附
