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《反trade-off效應的有機—無機雜化滲透蒸發(fā)膜的研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學術(shù)論文-天天文庫。
1、⑧中國近代第一所大學FOUNDED1N1895毫j天睪夫謦TlANJIlqUNIVERSlTY_一_博士i學。位：論文盟啊啊嘎麟-j躅■娜■n一級學科：學科專業(yè)：作者姓名：指導教師：天津大學研究生院2005年12月摘要本文首先探索了有機一無機雜化膜的設(shè)計理論：首次提出有機一無機界面形態(tài)理論，總結(jié)了五種界面形態(tài)；提出網(wǎng)絡(luò)孔聚集孔理論。指出網(wǎng)絡(luò)孔和聚集孔的尺寸和數(shù)目直接影響膜的自由體積，并最終決定膜的滲透性和選擇性。論文以試圖解決高分子膜中的Trade．off效應為出發(fā)點．采用聚乙烯酵fPVA)膜和苯，環(huán)已烷混合物為模型體系，制備了兩類有機一無機雜化膜：第1類包括PVA-CG、
2、PVA．CNT、PVA．CMS、PVA—SiOx和PVA．SiNT雜化膜；第1I類包括PVA-GPTMS雜化膜。采用FTIR、NMR、SEM、TEM、XRD、DMA、TG和PALS等方法對雜化膜進行了表征，系統(tǒng)研究了雜化膜的溶脹吸附、擴散和滲透蒸發(fā)性能。重點考察了PVA．CG和PVA．GPTMS雜化膜的反Trade．o行效應，并進行了較為系統(tǒng)的理論分析。PVA．CG雜化膜對苯闈：己烷(50／50，砒】混合物的滲透通量和分離因子分別達90．79／(m211)和100l，其反Trade．off效應歸結(jié)于理想界面形態(tài)的創(chuàng)造、自由體積的增大以及網(wǎng)絡(luò)孔尺寸和數(shù)目的適當調(diào)控。研究了PV
3、A—GPTMS雜化膜形成機理及其理化結(jié)構(gòu)模型，考察了GPlMs含量、熱處理溫度和時間對PVA．GPTMS雜化膜的自由體積分數(shù)、網(wǎng)絡(luò)孔聚集孔尺寸和數(shù)目的影響，進而研究了其對PVA．GPTMS雜化膜溶脹吸附、擴散和滲透蒸發(fā)性能影響，初步揭示了PVA-GPTMS雜化膜反Trade-off效應的機理。當熱處理溫度和時間分別為393K和lh，PVA-GPTMS．28雜化膜的滲透通量和分離因子分別可達137．1g／(m2h1和46，9．明顯優(yōu)于文獻中聚乙烯醇基滲透蒸發(fā)膜。還考察了原料液濃度、操作溫度和原料液流速等操作條件對PVA-CG雜化膜和PVA-GPTMS雜化膜的溶脹吸附、擴散和滲
4、透蒸發(fā)性能的影響。采用分子動力學模擬方法研究了PVA和不同結(jié)構(gòu)石墨之1瑚的相互作用、PVA膜和PVA．CG雜化膜的自由體積特性等。結(jié)果表明含有羥基和羧基的石墨的引入更有利于降低PVA體系的氫鍵鍵能；PVA和石墨之間的氫鍵力越強，其界面處的自由體積孔穴尺寸越理想，當二者之間沒有氫鍵等弱相互作用時，易于形成較大的無選擇性缺陷孔。研究了滲透蒸發(fā)膜微觀結(jié)構(gòu)和宏觀分離性能之間的內(nèi)在關(guān)系。結(jié)果表明根據(jù)表觀自由體積分數(shù)的大小能定性預測膜的滲透性能；首次提出了關(guān)聯(lián)雜化膜滲透通量與表觀自由體積分數(shù)的數(shù)學模型：首次關(guān)聯(lián)了雜化膜網(wǎng)絡(luò)孔尺寸和分離因子的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)孔尺寸介于0．26．0．28ri
5、m的雜化膜分離苯／環(huán)己烷的分離因子均較高。界面形態(tài)與宏觀分離性能的內(nèi)在關(guān)系表明．有機和無機成分之間的弱相互作用力有利于形成較理想的界面形態(tài)。最后初步提出了有機一無機雜化膜材料選擇原則。關(guān)鍵詞：反Trade．off效應；有機一無機雜化膜；滲透蒸發(fā)；界面形態(tài)；自由體積；MD模擬ABSTRACTInthiswork，thetheoriesfordesigningtheorganic·inorganichybridmembmnesweretentativelyproposed．nmorgnaic-inorganicinterfacemorphologytheorywaspresen
6、tedforthefirsttimeandtheidealorgnaic-inorganicinterfacemorphologiesweresummarize&Thetheoryofnetworkporeandaggregateporewaspresentedfirstly,andpointedoutthatthesizeandnumberofnetworkporeandaggregateporeaffecteddominantlythefractionalfreevolumeoforganic-inorganichybridmembranes．Inthisdissert
7、ation，inordertosolvetheTrade-offeffectofpolymermembranestentatively,wechosethepoly(vinylalcoh01)(PVA)-basedmembraneandbenzene／eyclohexanemixturesasthemodelsystem，andpreparedtwoclassesoforganic-inorganichybridmembranes．whichincludedthe“classI"hybridmembranessuc
