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（ αMeOWM.raBnEd ）滲透通量（ JPV ）被定義如下：

αMcOH/ MTBE= （ YMcOH/YMTBE ） / （ XMcOH/XMTBE ）

JPV= QlAt

表一 .該膜和該模塊的特徵膜材料 CTA(三醋酸纖維素 )

膜形式 用有機溶劑處理過的膜型中空纖維膜

中空纖維膜尺寸 內徑 0.13毫米，外徑0.38毫米

外殼材質 不銹鋼管封水泥 504型膠粘劑膜組件尺寸 內徑 0.010米，外徑

0.014米，長度 0.4米膜有效面積 9.7x10-2平方公尺

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（ αMeOH ， 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

改質劑 Jpv ， g/m2.h αMeOH/MTBE丙酮 45.1 1998二氧六環 86.9 26乙醇 182.6 22醋酸 33.3 21無處理 726.9 2.5

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。

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