《超臨界流體誘導相轉化有機高分子膜製備工藝基礎研究》是依託大連理工大學,由李志義擔任醒目負責人的專項基金項目。
基本介紹
- 中文名：超臨界流體誘導相轉化有機高分子膜製備工藝基礎研究
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：專項基金項目
- 項目負責人：李志義
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
基於超臨界流體誘導相轉化製備有機高分子分離膜，工藝先進，優勢突出，套用前景十分廣闊。本項目針對製備工藝中的兩個關鍵科學問題- - -相平衡熱力學和擴散動力學進行研究，從而揭示成膜機理，掌握過程參數對成膜結構的影響規律，形成基於超臨界流體誘導相轉化製備有機高分子分離膜的最佳工藝、以及預測和控制成膜結構的實用方法，為該製備技術及其工業化套用奠定基礎。主要研究內容包括：建立超臨界流體/液體/固體三元相平衡模型並進行數值求解，對成膜過程相行為進行定量描述；針對超臨界流體誘導相轉化成膜過程，建立雙向擴散傳質模型並進行數值求解，對成膜過程傳質行為進行定量描述；通過成膜實驗，結合動力學計算，尋求動力學計算結果與成膜結構間的關係，形成依據動力學計算預測成膜結構的方法；研究基於超臨界流體誘導相轉化製備的有機高分子分離膜的透水速率、截留分子量和截留率等，對其分離性能做出評價。該研究具有較大的學術意義和實用價值。
結題摘要
研究了ScCO2/溶劑/聚合物三元體系熱力學問題，並計算得出了相應鑄膜體系的三元相圖，對ScCO2誘導相轉化膜製備過程的分相成膜行為進行了分析與描述。通過考察相互作用參數對三元體系相圖的影響，發現隨著溶劑/聚合物之間相互作用參數x23或者非溶劑/聚合物之間相互作用參數x13的增加，均相區減小。在x23、x13一定的條件下，x12=1是雙節線位置變化趨勢轉變的分界點。當x12在小於1的範圍內變化時，隨著x12的增大，均相區增大；然而當x12的數值跨越了該分界點在大於1的範圍內變化時，隨著x12的增大，雙節線位置的改變將受到x13、x23具體數值的影響，從而不再沿單一方向遷移。通過理論計算，獲得了ScCO2/丙酮/CA、ScCO2/甲苯/PSt及ScCO2/溶劑/PVB鑄膜體系的三元相圖。相圖研究結果表明：溫度升高或壓力減小均可導致ScCO2/甲苯/PSt與ScCO2/溶劑/PVB兩種鑄膜體系的雙節線向聚合物/溶劑軸一側靠近，均相區減小；ScCO2/溶劑/PVB體系的膜表面結構形成主要受平衡熱力學過程的控制，而膜的截面結構是其平衡熱力學與擴散動力學共同作用的結果。針對聚苯乙烯（PSt）、醋酸纖維素（CA）及新型膜材料聚乙烯醇縮丁醛（PVB）進行ScCO2誘導相轉化制膜工藝的實驗研究，給出了操作參數對膜形態結構的影響規律。 建立了ScCO2誘導相轉化膜製備工藝過程的實驗裝置以及相應的實驗技術，分別針對傳統膜材料PSt與CA及新型膜材料PVB進行了ScCO2誘導相轉化膜製備工藝的實驗研究。研究結果表明：與傳統方法相比，採用ScCO2誘導相轉化法可獲得更高的膜孔隙率；通過改變操作參數可對傳統膜材料對膜的結構進行調控，且操作參數對膜結構的影響與鑄膜體系的自身性質也緊密相關；在適宜的操作條件下，ScCO2誘導相轉化法能有效避免採用傳統的浸入沉澱相轉化法制膜時易出現的大空腔結構；泄壓過程中CO2氣核從聚合物膜基體中逃逸的速度能否與膜基體外部的泄壓速度保持同步，是泄壓時間對不同材質膜結構影響截然不同的根源所在。
