海藻酸钠渗透汽化膜的制备及改性文献综述

 2021-09-25 20:13:26

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毕业论文课题相关文献综述

1、课题背景

1.1 乙醇燃料的简介

燃料乙醇一般是指体积分数达到 99.5%以上的无水乙醇，是良好的辛烷值调和组分和汽油增氧剂，燃烧乙醇汽油能够有效减少汽车尾气中的 PM2.5 和 CO[1]，其作为可再生液体燃料的代表之一，可补充化石燃料资源，降低石油资源对外依存度，减少温室气体和污染物排放，可在坚持和发展可持续和环境友好型经济的中发挥重要作用，近年来受到世界各国的广泛关注。我国的国家标准规定,汽油醇中汽油含量为90%,燃料乙醇含量为10%。目前以甘蔗、玉米为原料的第1代燃料乙醇产业已经形成规模，燃料乙醇已经成为世界消费量最大的生物燃料[2]。

燃料乙醇的生产工艺主要包含两个部分,一是乙醇的制备,二是乙醇脱水处理。目前,制备乙醇的方法主要有发酵法和水合法两种,且以第一种方法为主。传统的发酵法,由于产物乙醇对发酵反应的抑制作用,通常只能制备得到乙醇浓度在5%-12%的稀溶液。由于乙醇-水溶液可形成共沸体系,使用一般的精馏等方法不能制备得到符合要求的乙醇,故制备燃料乙醇的脱水处理工艺主要有改进的精馏法(如溶盐精馏法、加盐精馏法、萃取精馏法等)、吸附法、渗透汽化法等[3]。

1.2 渗透汽化技术

1.2.1 渗透汽化简介

渗透汽化（pervaporation，简称PV），作为膜分离技术，应用前景非常广阔。1917年Kober[4]介绍了水在蛋白质-甲苯溶剂中通过火棉胶器壁的选择渗透作用，首先提出了渗透汽化概念。到20世纪50年代末，Binning[5]等利用纤维素膜和聚乙烯膜对渗透蒸发过程分离碳氢化合物和醇-水混合物进行了系统研究，极大地推动了渗透汽化技术的研究。20世纪70年代末，德国原GFT公司（现为Sulzer Chemtech公司）开发出优先透水的聚乙烯醇/聚丙烯腈复合膜（GFT膜），并将其用于无水乙醇的制备，使得渗透汽化技术实现工业化。最近几年来在水中脱除少量有机物方面取得了较大进展，特别用于食品和饮料工业中回收和浓缩芳香物质方面，进行了大量的研究和应用的探索，取得了新的进展，为PV技术开辟了新的应用领域。日本公司于1988年建成150 m3d-1的渗透汽化工业装置，用于乙醇脱水来精制乙醇。在国内，清华大学等也设计建成几套生产装置。目前，渗透汽化技术正处于发展期，国内外膜分离研究者称之为21世纪化工分离领域最有前途的高新技术之一。

1.2.2 渗透汽化分离原理

渗透汽化作为一种新型的膜分离技术,它主要是利用膜对液体混合物中各成分具有不同的溶解性、不同的扩散速度,从而达到分离的目的。它的这一特性使得它对恒沸点或者沸点相似的混合物的分离有着较好的效果。在渗透汽化过程中，料液侧（膜上游侧）通过加热提高待分离组分的分压，膜下游侧通常与真空泵相连，维持很低的组分分压，在膜两侧组分分压差的推动下，各组分选择性地通过膜表面进行扩散，并在膜下游侧汽化，最后通过冷凝的方式移出[6]。其分离机制可分为三步：①被分离的物质在膜表面上有选择地被吸附并溶解；②以扩散形式在膜内渗透；③在膜的另一侧变成气相脱附而与膜分离开来。有机溶剂脱水渗透汽化分离的原理见图1-1。

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