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研究生:歐家翔
研究生(外文):Chia Shiang Ou
論文名稱:聚二甲基矽氧烷-聚氨基甲酸酯薄膜的滲透蒸發性質探討
論文名稱(外文):Pervaporation proporties of polydimethylsiloxane(PDMS)-polyurethane(PU) blend membranes
指導教授:呂幸江
指導教授(外文):S. J. Lue
學位類別:碩士
校院名稱:長庚大學
系所名稱:化工與材料工程研究所
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
論文頁數:98
中文關鍵詞:蒸氣滲透共沸點
外文關鍵詞:pervaporationPU/PDMSblendazeotrope
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中文摘要
本研究是利用高分子薄膜分離兩種不同的有機溶劑,高分子薄膜則使用兩種高分子材料之掺合。以聚氨基甲酸酯(Polyurethane ,簡稱PU)為基底材料,添加不同比例PDMS之高分子含量,藉由PU高機械性質與PDMS的高滲透性,同時還能利用PU的軟鏈段來改變PDMS的自由體積之大小,進一步提高選擇度。
本研究以雙成分(Toluene與Methanol)為進料物質,針對不同比例的複合膜進行吸附、擴散、滲透蒸發實驗,再將實驗所得之數據,利用數學回歸方式計算出吸附等溫線和擴散係數,並說明有機溶劑在滲透蒸發薄膜內的質傳模式以及物種於薄膜中之交互作用。文中也利用PALS、DSC、XRD探討複合膜之物理性質,期望複合膜具有優於兩種單一高分子材質的特性。
研究結果發現,摻混不同比例PDMS有助於提升toluene的吸附量由0.65 g/g上升至1.25 g/g,並增加toluene的滲透量由0.35 kg/m2•h上升至0.65 kg/m2•h之外,還能使toluene與methanol的擴散係數由5x10-11 m2/s上升至2x10-10 m2/s一併提高,尤其以PU/PDMS(2:8)的摻合比例之性能最佳,不僅增加其選擇度之外,更能針對我們混合液之共沸點做出有效的分離。
Abstract
This research is to separate two kinds of the different organic solvents with polymer membranes, that the membranes used blend method. Regard polyurethane as the basis material, adding the content of different proportion PDMS, with PU high mechanical and high permeability of PDMS, still make soft segment of PU to change the size of the volume of freedom of PDMS, improved the selectivity.
The pair of composition (toluene & methanol) was feed material to absorb, diffusion, permeate experiment with the complex membranes. After the experimental data, making the mathematics type to prove the mass transfer and the species interaction in the membranes. Utilize PALS, DSC, XRD to probe into the physical property of the complex membrane, hoping to improved original nature.
Finally, the different proportion PU membranes could improve the absorbing toluene content rose from 0.65 g/g to 1.25 g/g. And the toluene flux increase from 0.35 kg/m2•h to 0.65 kg/m2•h, still can make the diffusion coefficient of toluene and methanol enhance from 5x10-11 m2/s to 2x10-10 m2/s. Especially the PU/PDMS(2:8) proportion performance best, not merely increase its selectivity, can make effective separation to the azeotropic point of the mixture.
目錄
指導教授推薦書
口試委員會審定書
長庚大學博碩士論文著作授權書 iii
致謝 iv
中文摘要 v
Abstract vi
目錄 vii
圖目錄 x
表目錄 xii
第 一 章、序 論 1
1. 1 前言 1
1. 2 簡介 1
1. 3 研究動機 2
第 二 章、文 獻 回 顧 4
2. 1 介紹揮發性有機物(VOCs) 4
2. 2 VOCs控制處理技術 9
2. 2. 1 冷凝法 9
2. 2. 2 吸附法 10
2. 2. 3 吸收法 10
2. 2. 4 焚化法 10
2. 2. 5 生物處理技術 11
2. 3 滲透蒸發 (pervaporation) 14
2. 4 高分子的介紹 18
2. 4. 1 Polyurethane (PU): 18
2. 4. 2 Polydimethylsiloxane (PDMS): 21
2. 4. 3 摻合高分子的探討 21
2. 5 影響蒸氣滲透效率因素 27
第 三 章、吸附行為與擴散特性 29
3. 1 單成分吸附模擬 29
3. 2 擴散模式 30
3. 3 ideal selectivity 33
第 四 章、實驗方法與材料 35
4. 1 藥品 35
4. 2 實驗設備 35
4. 3 薄膜製備 36
4. 4 實驗流程圖 37
4. 5 物性分析 39
4. 6 吸附實驗 40
4. 7 滲透蒸發(PV)實驗 41
4. 8 GC分析實驗 41
第 五 章、結果與討論 46
5. 1 PU/PDMS膜材性質分析 46
5. 1. 1 DSC分析 46
5. 1. 2 PALS分析 48
5. 1. 3 XRD分析 50
5. 2 純液體吸附行為 52
5. 3 擴散模式 57
5. 4 滲透蒸發(PV)實驗 62
5. 5 PU/PDMS(2:8)在混合液之吸附行為 75
第 六 章、結論 79
參考文獻 81

圖目錄
圖 一、各VOCs控制技術適用範圍比較 12
圖 二、滲透蒸發機制 16
圖 三、質傳模式 17
圖 四、PU化學結構圖 22
圖 五、PDMS化學結構式 22
圖 六、實驗流程圖 38
圖 七、 PALS樣品擺放示意圖 40
圖 八、不銹鋼cell剖面圖 43
圖 九、滲透蒸發裝置 43
圖 十、甲苯檢量線 44
圖 十一、甲醇檢量線 45
圖 十二、PU/PDMS之DSC關係圖 47
圖 十三、PU與PDMS湮滅壽命機率密度分率分布圖 49
圖 十四、PU/PDMS之XRD關係圖 51
圖 十五、methanol在不同PU含量膜材之吸附量 54
圖 十六、toluene在不同PU含量膜材之吸附量 55
圖 十七、純液體在薄膜中的吸附ideal selectivity (甲苯/甲醇) 56
圖 十八、toluene在不同PU含量膜材之擴散係數 59
圖 十九、methanol在不同PU含量膜材之擴散係數 60
圖 二十、純液體在薄膜中的擴散ideal selectivity (甲苯/甲醇) 61
圖 二十一、PU含量在不同溫度下之flux 65
圖 二十二、共沸混合液在不同膜材的分離效果 66
圖 二十三、PU/PDMS(8:2)之不同進料濃度之flux與PV selectivity 67
圖 二十四、PU/PDMS(5:5)之不同進料濃度之flux與PV selectivity 68
圖 二十五、PU/PDMS(2:8)之不同進料濃度之flux與PV selectivity 69
圖 二十六、PU/PDMS(8:2)膜之Tol.氣液平衡線 72
圖 二十七、PU/PDMS(5:5)膜之Tol.氣液平衡線 73
圖 二十八、PU/PDMS(2:8)膜之Tol.氣液平衡線 74
圖 二十九、PU/PDMS(2:8)薄膜中各別成份吸附量 77
圖 三十、PU/PDMS(2:8)薄膜在混合液中之selectivity 78


表目錄
表 一、各行業之主要污染物 6
表 二、VOCs之管制名單 7
表 三、台灣與歐美國家VOCs排放比較 8
表 四、VOCs控制技術之優缺點比較 13
表 五、薄膜分離之文獻回顧 23
表 六、各項物質的自由體積與溶解度參數 58
表 七、純toluene在不同膜材的滲透活化能 65
表 八、Toluene flux (kg/m2h) & selectivity (Tol/Meth)之摻混膜比較......................................................................................................70
表 九、比較共沸點下各類膜材之Tol. Normalized flux & selectivity 71
參考文獻
行政院環保署全球資訊網 , http://www.epa.gov.tw/.
劉文華,1999,“揮發性有機物廢氣之處理技術與應用實務”,化工技術第七捲第六期.
A.E. Yildirim, N.D. Hilmioglu, S. Tulbentci, Separation of benzene/cyclohexane mixtures by pervaporation using PEBA membranes, Desalination 219 (2008) 14-15.
A. Yamasaki, T.shinbo, K. Mizoguchi, Pervaporation of Benzene/Cyclohexane and Benzene/n-Hexane Mixtures Through PVA Membranes, J Appl Polym Sci 64 (1997) 1061-1065.
A. Thongsukmak, K.K. Sirkar, Pervaporation membranes highly selective for solvents present in fermentation broths, J. Membr. Sci. 302 (2007) 45-58.
S. Sakohara, F. Muramoto, T. Sakata, M. Asaeda, Separation of acetone/water mixture by thin acrylamide gel membrane prepared in pores of thin ceramic membrane, J. Chem. Eng. JPN. 23 (1990) 40-45.
F. Xiangli, Y. Chen, W. Jin, N. Xu, Polydimethylsiloxane (PDMS)/Ceramic Composite Membrane with High Flux for Pervaporation of Ethanol-Water Mixtures, Ind. Eng. Chem. Res. 46 (2007) 2224-2230.
C.L. Chang, M.S. Chang, Perparation of multi-layer silicone/PVDF composite memebranes for pervaporation of ethanol aqueous solution, J. Membr. Sci. 238 (2004) 117-122.
R. Qi, Y. Wang, J. Li, C. Zhao, S. Zhu, Pervaporation separation of alkane/thiophene mixtures with PDMS membrane, J. Membr. Sci. 280 (2006) 545-552.
R.W. Baker, N. Yoshioka, J.M. Mohr, A.J. Khan, Separation of organic Vapors from Air, J. Membr. Sci. 31 (1987) 259-266.
J.G. Wijmans, V.D. Helm, A Membrane System for the Separation and Recovery of Organic Vapors from Gas Stream, AICHE Symp. Ser. 85 (1989) 74-83.
P.A. Kober, Pervaporation, Persrtillation and Percrystallization, J. Am. Chem. Soc. 39 (1971) 944.
許耀基,林水泉,蔡鴻宜,“聚二甲基矽氧烷/聚醚-氨基甲酸酯共聚合體合成及其濕式紡絲織研究”.
C.K. Yeom, S.H. Lee, H.Y. Song, J.M. Lee, Vapor permeations of a series of VOCs/N2 mixtures through PDMS membrane, J. Membr. Sci. 198 (2002) 129-143.
S. Liu, W.K. Teo, X. Tan, K. Li, Preparation of PDMS–Al2O3 composite hollow fibre membranes for VOC recovery from waste gas streams, Sep. Purif. Technol. 46 (2005) 110-117.
C.K. Yeom, S.H. Lee, H.Y. Song, J.M. Lee, A characterization of concentration polarization in a boundary layer in the permeation of VOCs/N2 mixtures through PDMS membrane, J. Membr. Sci. 205 (2002) 155-174.
K. Madhavan, B.S.R. Reddy, Poly(dimethylsiloxane-urethane) membranes: Effect of hard segment in urethane on gas transport properties, J. Membr. Sci. 283 (2006) 357-365.
H.B. Park, Ch.K. Kim, Y.M. Lee, Gas separation properties of polysiloxane/polyether mixed soft segment urethane urea membranes, J. Membr. Sci. 204 (2002) 257-269.
S.H. Choi, J.H. Kim, S.B. Lee, Sorption and permeation behaviors of a series of olefins and nitrogen through PDMS membranes, J. Membr. Sci. 299 (2007) 54-62.
H.K. Oh, K.H. Song, K.R. Lee, J.M. Rim, Prediction of sorption and flux of solvents through PDMS membrane, Polymer 42 (2001) 6305-6312.
I. Pinnau, Z. He, Pure- and mixed-gas permeation properties of polydimethylsiloxane for hydrocarbon/methane and hydrocarbon/hydrogen separation, J. Membr. Sci. 244 (2004) 227-233.
P.S.O. Patricio, J.A. de Sales, G.G. Silva, D. WindmÖller, J.C. Machado, Effect of blend composition on microstructure, morphology, and gas permeability in PU/PMMA blends, J. Membr. Sci. 271 (2006) 177-185.
D.P. Queiroz, M.N. de Pinho, Structural characteristics and gas permeation properties of polydimethylsiloxane/poly(propylene oxide) urethane/urea bi-soft segment membranes, Polymer 46 (2005) 2346-2353.
T. Uragami, H. Yamada, T. Miyata, Removal of dilute volatile organic compounds in water through graft copolymer membranes consisting of poly(alkylmethacrylate) and poly(dimethylsiloxane) by pervaporation and their membrane morphology, J. Membr. Sci. 187 (2001) 255-269.
T.C. Bowen, R.G. Meier, L.M. Vane, Stability of MFI zeolite-filled PDMS membranes during pervaporative ethanol recovery from aqueous mixtures containing acetic acid, J. Membr. Sci. 298 (2007) 117-125.
H.C. Park, R.M. Meertens, M.H.V. Mulder, Sorption of Alcohol-Toluene Mixture in Poly(acrylicacid)-Poly(vinyl alcohol) Blend Membranes and Its Role on Pervaporation, Ind. Eng. Chem. Res. 37 (1998) 4408-4417.
C.M. Balik, On the extraction of diffusion coefficients from gravimetric data for sorption of small molecules by polymer thin films, Macromol. 29 (1996) 3025-3030.
K.R. Lee, M.Y. Teng, T.N. Hsu, J.Y. Lai, A study on pervaporation of aqueous ethanol solution by modified polyurethane membrane, J. Membr. Sci. 162 (1999) 173-180.
S. Mandal, V.G. Pangarkar, Separation of methanol–benzene and methanol–toluene mixtures by pervaporation: effects of thermodynamics and structural phenomenon, J. Membr. Sci. 201 (2002) 175-190.
A.A. Bhat, V.G. Pangarkar, Methanol-selective membranes for the pervaporative separation of methanol–toluene mixtures, J. Membr. Sci. 167 (2000) 187-201.
李大同, 以PALS法探討高分子膜材內自由體積的變化, 長庚大學化工與材料工程研究所碩士論文, 台灣 2007.
S.J. Lue, S.H. Peng, Polyurethane (PU) membrane preparation with and without hydroxypropyl-β-cyclodextrin and their pervaporation characteristics, J. Membr. Sci. 222 (2003) 203-217.
S. Moulay, A. Hadj-Ziane, N. Bensacia, A comparative study of the breakdown of cyclohexane- and toluene-based microemulsions by pervaporation technique, Sep. Purif. Technol. 44 (2005) 181-188.
S.M. Pal, V.G. Pangarkar, Acrylonitrile-based copolymer membranes for the separation of methanol from a methanol–toluene mixture through pervaporation, J. Appl. Polym. Sci. 96 (2005) 243-252.
M. Zhou, M. Persin, J. Sarrazin, Methanol removal from organic mixtures by pervaporation using polypyrrole membranes, J. Membr. Sci. 117 (1996) 303-309.
S. Sommer, T. Melin, Influence of operation parameters on the separation of mixtures by pervaporation and vapor permeation with inorganic membranes. Part 2: Purely organic systems, Chem. Eng. Sci. 60 (2005) 4525-4533.
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