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无机化工
温度感应型智能PVDF膜的制备及其性能研究
膜分离技术是一种经济环保高效的新型的分离技术,而智能膜材料具有响应环境的智能型特点,成为膜分离技术应用研究的热点领域。温度感应型智能膜是一种新型膜材料,在外界温度变化时,膜能够响应外界温度的改变,膜的结构与性能发生相应的有规律的变化,在可控释放、智能控制等方面具有广泛的应用。本文研究了接枝法制备智能复合膜和相变法制备智能膜的工艺参数,研究两种工艺条件下的微观结构、膜分离特及其温度响应特性,并首次利用温度响应智能膜开展纳米孔径吸收二氧化碳气体的吸收、传质等特性的研究,建立相关数学模型。 本论文研究的主要内容和结果如下: 1.开展碱改性-接枝法制备温度响应聚偏氟乙烯(PVDF)复合膜的制备工艺的研究。首先对PVDF平板膜进行强碱改性,然后采用接枝法引入PNIPAM单体,研究不同交联剂浓度、温度对膜性能的影响,制备出具备温度响应特性的智能膜。红外光谱分析结果显示已经接枝上了温敏基团,实验结果表明最佳工艺条件为:交联剂(MBAA)浓度0.02mol/L,接枝率7%,交联反应温度50℃~60℃。 2.进行相转变法制备温度响应的PVDF膜的研究。用强碱和接枝方法对PVDF粉末进行改性,通过相变法制备出具备温度响应特性的智能膜。研究了单体浓度、交联剂浓度、溶剂种类、凝固浴组成对其温度响应特性的影响。结果表明较理想的工艺流程参数为:交联反应的温度60℃,单体浓度12%~14%,凝固浴中乙醇与水的体积比为3:7,溶剂中N,N-二甲基甲酰胺与二甲基亚砜按1:1混合。对其性能的研究发现,其具备较好的选择透过性、耐污染性、温度响应性等。 3.研究具有温度感应特性的PVDF中空纤维膜吸收器对二氧化碳的吸收特性和传质规律。采用碱改性-接枝法制备出的的智能膜材料,加工成膜组件制备成温度感应型中空纤维膜吸收器。以二氧化碳为温室效应的代表气体,以NaOH为吸收液,膜吸收器较佳的工艺参数为:吸收液浓度为0.4mol/L,吸收液流量为16L/h,气体流量为250L/h,操作温度为室温25℃,气液两相相对流动方式采用逆流方式。此时,二氧化碳的吸收率接近100%。而对二氧化碳气体吸收过程中传质的研究得出,总传质系数在KG = 17.5~26.3×10~6 mol·m~(-3)·s~(-1)·kPa~(-1),和传质通量N_(CO_2) =3.8~7.6×10~5 mol·m·s~(-1)·L~(-1)。 结合影响智能膜吸收器对二氧化碳吸收率及传质系数的主要因素(气体流量、吸收液流量、温度、吸收液浓度等),建立相关的数学模型。建立的数学模型能较好的描述了各相关因素的影响,且影响因素的大小顺序如下:吸收液浓度>吸收液流量>温度>二氧化碳气体流量。 关于二氧化碳吸收率的回归方方程: 关于总传质系数的回归方程: 关于二氧化碳传质通量的回归方程:
硕士论文
《华南理工大学》 2011年硕士论文

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