膜科学技术过程与原理
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聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜 正硅酸乙酯（TAOS)和二月桂酸
二丁基锡 木薯百度文库，淀粉质量分数83.3％
正己烷、丙酮、丁醇和乙醇
中蓝晨光化工研 究院
海洋局杭州水处 理中心
Sigma公司，分 析纯
昆明和森科技有 限公司
杭州化学试剂有 限公司，分析纯
称10gPDMS溶于25g正己 烷中搅拌均匀
依次加入0.8g交联剂TAOS和0.3g催化剂二月桂酸二丁基烯， 补充加入正己烷至PDMS质量分数为25％，搅拌混合均匀
定范围
三、复合膜在丁醇发酵过程中的应用
14.46
图7 木薯粉分批发酵过程
46.94
复合膜应用 到丁醇发酵 中能有效的 将丁醇从发 酵液中分离 出，减轻丁 醇对菌体抑 制，且实现 丁醇初步浓
缩。
三、结论 1
2
为什么用渗透汽化？
（1）实现丁醇分离与浓缩过程的集成，降低后续分离成本；
（2）不引入其他物质，不影响发酵培养基的营养成分；
（3）选择性好，渗透液中丁醇质量分数高； （4）能耗低，用渗透汽化获得单位质量丁醇的 能耗是精馏法的56.9％，是气提法的63.1％。
一、材料与方法
聚二甲基硅氧烷（PDMS), 动力 学黏度10000������������������/s
Ea
图4 有机物和水通量与 温度的对数图
质量分数增大
吸附在膜表面有 机分子数增多
膜的溶胀增加， 有机物渗透阻
力降低
有机物在膜内溶 解度增大
图5 （a）料液质量分PDMS/PVDF 复合膜渗透汽化性能的影响
有机物渗透通 量增大
图5（b) 料液质量分数对 PDMS/PVDF复合膜渗透汽化性能
的影响
1、丁醇质量分数增加，疏水性的PDMS分离 层溶胀增加，丁醇渗透阻力降低 2、丁醇溶解度小，疏水性强，吸附在膜上 的丁醇阻碍水分子与膜的吸附，丁醇周围形 成水簇，增大了水分子在膜内传质推动力， 丁醇质量分数增大，水簇易形成，从而导致 分离因子增大。
虽然有机物质量分数增加，降低了有机物的 渗透阻力，但随着丙酮和乙醇质量分数增加， 它们和水的伴生效应增强，因丙酮和乙醇溶 解度大，因此，形成的水簇不仅自身不易透 过膜，还阻碍丙酮和乙醇透过膜，因此分离
因子降低。
图6 料液PH对复合膜渗透汽化 性能影响
pH值变化对复合 膜分离性能影响 较小，各组分分 离因子基本在一
硅橡胶渗透汽化复合膜在丁醇发酵中的应用
主讲人：XXX
能源的分类 风能
海洋 地热 生物 氢能
太阳能 核能
生物燃料的潜力股—丁醇
热值 性能
高
好
使用 便捷
发酵受产物丁醇的抑制，产率 和产物浓度低，过程经济性差。
制备聚二甲基硅氧烷/聚偏氟乙烯 （PDMS/PVDF)复合膜用于丙酮—乙 醇—丁醇—水体系有机成分的分离。
料液在一定温度下以 0.6L/min的流速通过膜的上游，膜 下游真空度控制在0.3KPa,渗透液用液氨收集
图1 复合膜渗透汽化性能测试实验装置
二、结果与讨论
PDMS
PVDF
图2 PDMS/PVDF复合膜的扫描 电镜图片
图3 料液温度对PDMS/PVDF复 合膜渗透汽化性能的影响
取 对
Ji为组分i的渗透通量，Kg/(������������.h);Jo为指 前因子； Kg/(������������.h);Ea为渗透物的表面活 化能，KJ/mol;R为气体常数,KJ/(mol.k);T 为操作温度，K.
经离心、脱泡后得到铸模液
用刮膜刀将铸液刮至PVDF表面， 30℃下交联约48小时至膜干
用来测试膜的有效面积为4.2×������������−������������������
模拟液中丁醇、丙酮、和乙醇的质量分数组成同发酵液中 的组成（丁醇、丙酮、乙醇质量之比6:3:1）总有机物质
量分数1.7％.）
二丁基锡 木薯百度文库，淀粉质量分数83.3％
正己烷、丙酮、丁醇和乙醇
中蓝晨光化工研 究院
海洋局杭州水处 理中心
Sigma公司，分 析纯
昆明和森科技有 限公司
杭州化学试剂有 限公司，分析纯
称10gPDMS溶于25g正己 烷中搅拌均匀
依次加入0.8g交联剂TAOS和0.3g催化剂二月桂酸二丁基烯， 补充加入正己烷至PDMS质量分数为25％，搅拌混合均匀
定范围
三、复合膜在丁醇发酵过程中的应用
14.46
图7 木薯粉分批发酵过程
46.94
复合膜应用 到丁醇发酵 中能有效的 将丁醇从发 酵液中分离 出，减轻丁 醇对菌体抑 制，且实现 丁醇初步浓
缩。
三、结论 1
2
为什么用渗透汽化？
（1）实现丁醇分离与浓缩过程的集成，降低后续分离成本；
（2）不引入其他物质，不影响发酵培养基的营养成分；
（3）选择性好，渗透液中丁醇质量分数高； （4）能耗低，用渗透汽化获得单位质量丁醇的 能耗是精馏法的56.9％，是气提法的63.1％。
一、材料与方法
聚二甲基硅氧烷（PDMS), 动力 学黏度10000������������������/s
Ea
图4 有机物和水通量与 温度的对数图
质量分数增大
吸附在膜表面有 机分子数增多
膜的溶胀增加， 有机物渗透阻
力降低
有机物在膜内溶 解度增大
图5 （a）料液质量分PDMS/PVDF 复合膜渗透汽化性能的影响
有机物渗透通 量增大
图5（b) 料液质量分数对 PDMS/PVDF复合膜渗透汽化性能
的影响
1、丁醇质量分数增加，疏水性的PDMS分离 层溶胀增加，丁醇渗透阻力降低 2、丁醇溶解度小，疏水性强，吸附在膜上 的丁醇阻碍水分子与膜的吸附，丁醇周围形 成水簇，增大了水分子在膜内传质推动力， 丁醇质量分数增大，水簇易形成，从而导致 分离因子增大。
虽然有机物质量分数增加，降低了有机物的 渗透阻力，但随着丙酮和乙醇质量分数增加， 它们和水的伴生效应增强，因丙酮和乙醇溶 解度大，因此，形成的水簇不仅自身不易透 过膜，还阻碍丙酮和乙醇透过膜，因此分离
因子降低。
图6 料液PH对复合膜渗透汽化 性能影响
pH值变化对复合 膜分离性能影响 较小，各组分分 离因子基本在一
硅橡胶渗透汽化复合膜在丁醇发酵中的应用
主讲人：XXX
能源的分类 风能
海洋 地热 生物 氢能
太阳能 核能
生物燃料的潜力股—丁醇
热值 性能
高
好
使用 便捷
发酵受产物丁醇的抑制，产率 和产物浓度低，过程经济性差。
制备聚二甲基硅氧烷/聚偏氟乙烯 （PDMS/PVDF)复合膜用于丙酮—乙 醇—丁醇—水体系有机成分的分离。
料液在一定温度下以 0.6L/min的流速通过膜的上游，膜 下游真空度控制在0.3KPa,渗透液用液氨收集
图1 复合膜渗透汽化性能测试实验装置
二、结果与讨论
PDMS
PVDF
图2 PDMS/PVDF复合膜的扫描 电镜图片
图3 料液温度对PDMS/PVDF复 合膜渗透汽化性能的影响
取 对
Ji为组分i的渗透通量，Kg/(������������.h);Jo为指 前因子； Kg/(������������.h);Ea为渗透物的表面活 化能，KJ/mol;R为气体常数,KJ/(mol.k);T 为操作温度，K.
经离心、脱泡后得到铸模液
用刮膜刀将铸液刮至PVDF表面， 30℃下交联约48小时至膜干
用来测试膜的有效面积为4.2×������������−������������������
模拟液中丁醇、丙酮、和乙醇的质量分数组成同发酵液中 的组成（丁醇、丙酮、乙醇质量之比6:3:1）总有机物质
量分数1.7％.）