小分子在致密聚合物膜中扩散新模型.pdfVIP

第 25 卷 　第 6 期 膜 　科 　学 　与 　技 　术 Vol.25 　No.6 2005 年 12 月 MEMBRANESCIENCEANDTECHNOLOGY Dec.2005 文章编号 :1007-8924 (2005 ) 06-0012-05 小分子在致密聚合物膜中扩散新模型 李 　培 　李继定 　赵之平 　姜 　珍 　陈翠仙 (清华大学 化学工程系 , 北京 100084) 摘 　要 : 依据改进的 Scatchard-Hildebrand 模型、Flory-Hu ggins 理论 、线性黏弹性理论 ,建立 一个新的传质模型. 模型可以描述温度低于聚合物材料玻璃化温度时 ,气体小分子在聚合物膜 中 Fick 及 non-Fick 扩散行为. 应用此模型计算 293.15K 、298.15K 及 303.15K 下 , 乙醇气 ( ) ( ) 体在 PPES 杂萘联苯聚醚砜 ,PPESK 杂萘联苯聚醚砜酮 膜中吸收/ 解吸曲线 ,并与实验结 果相比较 ,最大相对偏差 11.54%, 平均偏差 4.53%. 关键词 : Scatchard-Hildebrand 模型 ;Flor y-Hu ggins 理论 ; 线性黏弹性理论 ; 膜传质模型 中图分类号 :TQ028.8 　　文献标识码 :A 　　近 20 年来 ,膜技术得到蓬勃发展. 为了描述分 t =0 时刻 ,通入气体. 随后保持吸附室内温度不变 , ( 子在膜中的扩散过程 ,前人建立了很多传质模型. 这 压力略低于为该温度下气体饱和蒸气压 使气体不 ( ) [1] ) 些模型主要分为以下几类 : 1 自由体积模型 ,认 能冷凝在膜表面 ,气体分子开始由膜片的两侧向膜 ( μ ) 为高聚物自由体积重排使小分子在膜中发生扩散 ; 内部扩散. 膜的厚度很薄 50 ～70 m ,认为其长 、 (2) 阻碍理论模型[2] ,认为聚合物链是静止的 ,小分 宽无穷大 ,所 以可简化成一维扩散过程. 假设 : ( 1) 子扩散受到聚合物链的阻碍作用 ; (3) 流体动力学模 膜表面浓度瞬间达到平衡 , 内部浓度经过一段时间 型[3,4] ,认为扩散分子与聚合物链之间的摩擦作用 达到均一平衡 ; (2) 膜片在溶胀过程中溶胀变化很 对扩散产成影响; (4) 黏弹性模型[5,6] ,认为聚合物 小 ,可认为其厚度不变. 在下面公式中符号下标 1 表 膜在扩散过程中发生形变. 以上几种模型 ,基于不同 示扩散气体 ,下标 2 表示聚合物. 的假设 ,适用于不同的体系. 后人曾将 自由体积模型 结合其他模型构造出计算小分子在致密聚合物膜中 扩散的模型[7] . 但是 自由体积模型涉及参数很多 , 并且不易由实验直接测量. 本文针对扩散过程中超 额 Gibbs 自由能的变化 ,建立了一个传质模型 ,并推 导出小分子相互扩散系数函数. 函数中溶解度参数 可通过集团贡献模型计算