《滲透汽化卷式膜組件結構設計基礎研究》是依託清華大學，由李繼定擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：滲透汽化卷式膜組件結構設計基礎研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：李繼定
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本研究以節能效果顯著的滲透汽化優先透醇分離過程和難處理的焦化廢水提取雜環有機物為研究背景，以我們近30年來在滲透汽化研究領域的研究成果為基礎，藉助於我們建立的流體流動線上可視化試驗裝置，研究流體在隔網流道中的流動行為和兩相流氣泡分布變化行為，研究流體種類和流速、膜材料、隔網材料、隔網材料的幾何形狀等因素對卷式膜組件分離性能的影響，結合卷式膜組件CFD三維模擬，研究流速、兩相流、膜材料、隔網材料、隔網材料的幾何形狀等與滲透汽化卷式膜組件濃差極化、壓力損失、膜污染之間的內在規律性，建立卷式膜組件流體流動（傳質）模型，動能傳遞模型和兩相流消除膜污染和促進傳遞模型，形成滲透汽化卷式膜組件結構設計科學方法，用以指導滲透汽化卷式膜組件結構設計和最佳化。將其套用於優先透醇分離過程和滲透汽化焦化廢水處理過程，為國家節能減排重大需求做出貢獻，為推動和促進我國膜科學技術發展做出貢獻。
結題摘要
建立了流體流動線上可視化試驗裝置。採用示蹤法研究了滲透汽化卷式膜隔網流道中流體流動行為。研究發現過小的流速會使流線不連續，過大的流速會使流線不穩定。研究了流道表面粗糙度、隔網孔隙率、隔網格線排布等因素對流體流動的影響。研究結果表明，隔網的孔隙率增加，流體擾動減少，不利於克服濃差極化和膜污染。進行了滲透汽化卷式膜組件隔網幾何構型的CFD模擬研究，考察了隔網形狀、排布方式、纖維絲球形度等因素對流體流動行為的影響。研究發現交錯排列的纖維絲前後都出現了漩渦，漩渦中速度矢量部分與流體流動方向相反，產生了逆流，有利於減少濃差極化和膜污染。進行了ZIF-8/PDMS雜化膜、正丁醇和水體系的分子動力學模擬，探討了ZIF-8/PDMS雜化膜中小分子的擴散機理。研究表明，隨著ZIF-8顆粒填充量的增加，正丁醇的擴散係數先增加後減小，而水分子的擴散係數一直降低。正丁醇分子在ZIF-8顆粒中擴散係數幾乎是水分子的三倍，意味著ZIF-8顆粒的孔道對正丁醇分子具有高度擴散選擇性。在滲透汽化卷式膜組件可視化試驗、CFD模擬及分子動力學模擬研究成果基礎上，進行了PDMS/PVDF和PDA/PDMS/PVDF複合膜，ZIF-7/PDMS、MIL-101/PDMS和ZIF-8-PEG/PVDF混合基質膜製備研究，進行了FT-IR、SEM、EDX、CA、TGA、XPS、AFM、PAS （慢正電子湮沒展寬能譜）膜結構分析，將其套用於滲透汽化透醇、透丙烯、汽油脫硫體系，考察了溶劑種類、聚合物濃度、無機材料濃度等因素對膜性能的影響，研究了溫度、壓力、料液流速、原料濃度、運行時間等因素對膜分離性能的影響。取得了有理論和套用意義的成果。為國家節能減排重大需求做出了貢獻。本研究課題培養出站博士後2名、畢業博士生3名。發表學術論文32篇，其中SCI收錄11篇、國核心心期刊5篇、國際會議5篇、國內會議11篇。
