玉米醇溶蛋白基复合膜的制备与乙醇%2f水分离性能评价.pdfVIP

摘 要 本文以疏水 的玉米醇溶蛋白(zein) 为起始原料 ，结合其溶解特性及 silicalite- 1 分子筛的疏水特性，设计了四种不同结构的分离膜，即ZS 和 ZC 膜、 改性 zein 膜和 zein/silicalite-1 复合膜。采用渗透蒸发膜分离工艺，模拟生物乙醇 发酵液料液成分，实现乙醇水溶液在低浓度下的浓缩和提纯，评价其在乙醇/水 分离方面的应用。 利用旋涂技术在多孔 α-A1 O 基材上制备单一连续 zein 基膜(ZS 膜) ；依据 2 3 zein 的溶解特性，相分离法制备微球铸膜液，即先在基材上涂覆 zein 微球膜层， 再按照 ZS 膜成膜工艺涂覆致密层得到复合 zein 基膜(ZC 膜) 。所制备的分离膜层 厚度约为 10μm，渗透蒸发工艺前后的单一气体渗透实验表明了膜的完整性和耐 久性。渗透蒸发实验表明，在 298 K 下，ZS 、ZC 膜经 8h 渗透蒸发，可将乙醇 料液由3wt%提浓至 8.73、9.51wt% ；对 3wt% 乙醇料液而言，渗透通量(J)随着温 度的升高而增大，分离系数(α)随着温度的升高而降低。ZS 和 ZC 膜的较好的乙 醇/水分离性能可用 “开关效应”来解释。 为提高 zein 膜的疏水性，首先用十六酰氯傅克酰化反应改性 zein 材料，再 用旋涂工艺在 α-Al O 基材上制备改性 zein 分离膜。所制备的改性膜厚约 10μm， 3 2 乙醇/水分离性能有所提高。渗透蒸发实验表明：改性后的 zein 膜在 303K 下可 将 3wt% 乙醇水溶液提浓到 11.74wt%，乙醇的 α 和 J 分别为 3.4~3.9 和 0.65~0.7 kg·m-2 ·h-1 ；在 298K 条件下，随着料液浓度的增大，乙醇的 α 下降而 J 增加。改 性 zein 膜疏水性增强，这对溶解-扩散传质机制中的膜表面乙醇优先选择吸附步 骤有利。 为开发分离选择性较高的 zein 基膜，借鉴 silicalite-1/PDMS 有机/无机杂化 分离膜的思想，设计在 α-A1 O 基材上预先二次水热法制备 silicalite-1 分子筛层， 2 3 以b 轴取向的长条板状晶粒堆积膜为最佳；再采用 ZS 膜成膜工艺在其上涂覆适 当厚度的致密连续聚合物 zein 膜层得到 zein/silicalite-1 复合膜。所制备的 silicalite-1 分子筛过渡膜层厚度约为 10μm，复合膜厚约为 15μm。分子筛膜层的 加入弥补了 zein 膜分离选择性欠佳的不足，同时 zein 的优良成膜性弥补了刚性 无机沸石膜空隙大，成膜性差的缺陷。即zein/silicalite- 1 复合膜实现两种材质的 疏水性协同增强机制，其乙醇/水分离性能较单一 silicalite-1 分子筛膜有所提高。 298K 对 3wt% 乙醇水溶液的乙醇组分的提浓，乙醇的 α 和 J 分别为 7.3~7.4 和 0.41~0.44 kg·m-2 ·h-1，可将 3wt% 的乙醇/水溶液浓缩至 18.62wt%。 关键词： zein 基复合膜；渗透蒸发；乙醇/水分离；分离因子；渗透通量 ABSTRACT In the paper, hydrophobic zein was used as the raw material, combined with its special solubility behavior and the hydrophobic properties of silicalite-1, four kinds of membranes with different structures were designed for separation, such as zein single (ZS) membrane and zein composite