分子篩復合膜的制備及其在DMF-H2O混合物分離中的應用.pdf

1、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)是一種用途極廣的化工原料和性能優(yōu)良的溶劑,主要應用于聚氨酯、腈綸、醫(yī)藥、染料、電子等行業(yè)。為了消除廢水對環(huán)境的影響,也為了降低生產成本,必須對DMF廢水進行回收并循環(huán)使用或作為副產品出售。傳統(tǒng)用于DMF/H2O分離的方法存在高能耗、操作復雜和二次污染等問題。滲透汽化膜分離技術具有高效、節(jié)能、無污染等特點,可用于DMF/H2O混合物的分離。本論文通過實驗和分子模擬的方法,對分子篩復合膜的制備和DMF/H2O溶

2、液滲透汽化分離的過程進行研究。
　　首先在α-Al2O3和聚四氟乙烯(PTFE)支撐體上合成了致密的親水性NaA分子篩膜。原位水熱法、二次生長法和刮涂法合成的NaA/PTFE復合膜的晶粒大小分別為1~8μm、1~7μm和1~2μm。DMF/H2O溶液的滲透汽化實驗顯示二次生長法和刮涂法合成的NaA/PTFE復合膜的最佳涂膜次數(shù)分別為4次和2次;最佳操作溫度為80℃;最佳膜后側壓力分別為10kPa、20kPa。在最佳涂膜次數(shù)和滲透汽

3、化操作條件下,二次生長法合成的NaA/PTFE復合膜的分離因子和滲透通量分別為23.5、1.25kg/(m2·h);刮涂法合成的NaA/PTFE復合膜的分離因子和滲透通量分別為8.71、1.16kg/(m2·h);料液中DMF質量分數(shù)為30％和50%時,二次生長法和刮涂法制備的復合膜的最大分離因子分別為23.62和23.78。對刮涂法制備的NaA/PTFE復合膜進行了放大實驗,滲透汽化結果顯示NaA復合膜可實現(xiàn)DMF/H2O溶液的有效分

4、離,為進一步放大和實現(xiàn)工業(yè)化奠定了基礎。
　　接著分別在α-Al2O3和PTFE支撐體上合成了ZSM-5和Sn-ZSM-5分子篩膜。滲透汽化性能測定Sn-ZSM-5膜為憎水膜,二次生長法合成的Sn-ZSM-5復合膜的分離性能比原位水熱法合成的復合膜分離性能好。二次生長法合成的Sn-ZSM-5/α-Al2O3和Sn-ZSM-5/PTFE復合膜的最佳涂膜次數(shù)分別為2次和3次;Sn-ZSM-5/α-Al2O3復合膜滲透汽化實驗中滲透液中

5、DMF質量分數(shù)可達33.36%;Sn-ZSM-5/PTFE復合膜的最佳操作溫度為90℃,滲透液中DMF質量分數(shù)可達31.42%;Sn-ZSM-5復合膜實現(xiàn)了DMF的回收提純。料液中DMF濃度增加,分離性能下降。
　　最后通過巨正則系綜的蒙特卡洛方法(GCMC)、平衡分子動力學(EMD)和非平衡分子動力學(NEMD)方法模擬了DMF/H2O溶液在NaA、ZSM-5膜中的滲透汽化行為。模擬結果顯示DMF/H2O溶液在分子篩膜中的滲透過