摘要：本文研究了以PAN膜为支撑层的PVA复合膜分离醇水溶液的性能。着眼于工业应用，揭示了渗透汽化操作条件对分离性能的影响，展示了长期运行时的分离性能。结果表明，PVA复合膜具有高渗透通量(J＞500g／m2·h)和优异分离率，长期运行(大于8个月)性能稳定。
关键词：PVA复合膜 渗透汽化 酒精脱水 分离性能 崛起于液体分离领域的渗透汽化膜过程，正是由于运用了聚乙烯醇／聚丙烯腈(PVA／PAN)复合膜，才于80年代初首先在酒精脱水的工业生产中得到成功应用。我们设计开发成功的首台渗透汽化中试装置[1，2]采用的是以PVA为主要材料的复合膜。因此，开发高选择性、高渗透通量的PVA复合膜是发展渗透汽化技术的一个主要研究方向。
本文研制的PVA复合膜的酒精脱水分离性能，旨在揭示渗透汽化过程该复合膜的分离性能与过程参数的关系，着眼于工业应用，展示该复合膜长期运行时的分离性能。 1 实验部分1.1 PVA复合膜的制备
以聚丙烯腈(PAN)膜为支撑层，以聚乙烯醇(PVA)为活性层，制成PVA复合膜。
1.2 复合膜的性能测试
渗透汽化性能测试采用膜下游抽真空，渗透物以液N2冷凝收集方法。膜有效面积为2.2×10-3m2。除说明外，运行温度31℃，膜面流速4.2×10-2m／s，膜下游压力7×103Pa--10×103Pa。
以不同浓度的酒精为料液，改变操作温度或膜下游真空度或膜面物料流速，可获得一定条件下复合膜的渗透汽化分离性能。渗透通量(J)以单位时间(h)单位膜面积(m2)透过的渗透物重量(g)表示，料液和渗透物的乙醇浓度(Xe、Ye)用气相色谱分析方法测定[3]。分离因子(α)的表达式为：
α=［渗透物中水浓度（Yw）/渗透物中乙醇浓度（Ye）］/［料液中水浓度(Xw)／料液中乙醇浓度(Xe)］ 2 结果与讨论2.1 渗透汽化操作条件的影响
2.1.1 进料浓度的影响
采用已在室温条件下贮存10.5个月后并已实验运行38天的4707号PVA／PAN复合膜，分别测试膜对不同浓度料液的分离性能，结果见图1。
从图1可以看出，当料液的乙醇浓度增加时，复合膜的渗透通量直线下降，但其值均大于400g／m2·h，而渗透物中的乙醇在料液恒沸组成浓度时仍然检测不出，直到料液的乙醇浓度大于96wt％时，渗透物中乙醇浓度逐渐增加，但始终小于1.0wt％。结果表明，复合膜的渗透汽化性能优良，显著地表现在即使料液乙醇浓度大于99wt％时，仍具有较高的渗透通量和优 异的选择分离性能。
2.1.2 操作温度的影响
采用已在室温条件下贮存10.5个月的4706号复合膜，在料液的乙醇浓度91.35wt％时，测定了不同的操作温度(tf)时的分离性能，结果见图2。 图2显示，渗透通量的增加虽然变化幅度不太大，但呈直线上升。而渗透物的乙醇浓度(Cp，e)在35℃以下操作时都检测不出；高于35℃，则随着操作温度的提高而明显的增加。这些性能变化符合大多数渗透汽化选择分离性能与温度的关系[4]。
2.1.3 操作压力的影响
在渗透汽化过程的操作中，膜上游的压力即使在高达接近10MPa的压力范围内，都不会对膜的分离性能产生明显的影响[5]。因此，本文仅研究过程中膜下游压力的影响。表1列出了有关实验结果。 表1 下游压力对复合膜性能的影响（膜号：4707）膜下游压力（Pa) 3 结论 以PAN为支撑层的PVA复合膜分离乙醇水溶液，渗透物中检测不出乙醇组分，渗透通量达500g／m2·h以上，即使在料液乙醇浓度大于99wt％时，PVA复合膜仍有较高的渗透通 量和优异的选择分离性能。
渗透汽化操作条件(料液浓度、操作温度、膜下游压力以及膜面流速)对复合膜的分离性能产生影响。高通量的PVA／PAN复合膜分离操作时要设定较低的膜下游压力、较高的膜面流 速，即便在较低的操作温度(小于36℃)、大于95wt％乙醇浓度的料液运行时，仍然保持高渗透 通量和优异分离率的显著特点。这些参数对于装置、工艺的设计开发是极其重要的。
PVA复合膜长期(大于8个月)运行性能稳定，表明在醇水溶液分离过程所研制的复合膜的使用寿命较长。该复合膜在实际应用中将具有明显的生产效益。参考文献 1 Cai Bangxiao，Zhu Changluo and Liu Moe，Water Treatment，1995，3：195—206
2 蔡邦肖，朱长乐，刘茉娥，化学工业与工程，1996，13(1)：14—20
3 蔡邦肖，水处理技术，1996，22(5)：282
4 JNeel，Introduction to pervaporation，in Pervaporation Membbrane Separation Processes，Edited by R Y M Huang，1991：36—37
5 TKataoka et al，Journal of Chemical Engineering of Japan，1991，24(3)：330
6 J.Neel，et al，Journal of Membrane Science，1986，27：217