纳滤分离生物质液化油水溶液的研究

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可再生的生物质液化油成分复杂,难以有效分离。膜分离相对于传统的分离方法具有高效节能、无相变、适宜热敏性物质和生物活性物质的分离与浓缩等优点,在生物油水溶液的分离中有巨大优势。本论文主要考察了模拟生物油水溶液对膜的选取,操作工艺条件对膜性能的影响,甲醇体系和甲醇-甘油体系的生物油水溶液的纳滤分离及膜污染和清洗。  通过对甲醇体系和甲醇-甘油体系下制得的生物裂解油成分的分析,确定以甲基-α-吡喃葡萄糖苷(meg)和甘油混合物的水溶液为模拟生物质液化油水溶液,通过以膜通量、meg截留率和甘油的透过率为指标,对比检测了市售的3种纳滤膜(NF200-300,NF400-600,NF600-800)和1种低压反渗透膜(RO-1812)的分离性能。结果表明:卷式纳滤膜NF400-600显示出优良的分离性能,其他三种膜对这两种化合物的选择透过性差,但RO-1812和NF200-300可用于浓缩含有大量甘油的透过液。  NF400-600纳滤膜分离模拟液化油水溶液,膜通量随操作压力和操作温度的升高而增大,随进料浓度和过滤时间的升高而降低;这些操作工艺条件对meg的截留率无显著影响;操作压力、进料浓度对甘油透过率无显著影响,温度对甘油透过率影响显著。通过单因素试验,优化确立最佳纳滤工艺条件:操作压力0.4MPa,总进料浓度(甘油与甲基葡萄糖苷质量之比为3∶1)10g/L,操作温度40℃。此时,膜通量为42 L·m-2· h-1,甲基葡萄糖苷截留率为96%,甘油透过率为77%;以阻力叠加模型为原型,探索了纳滤中膜通量与操作工艺参数的数学模型:J=0.625△P/0.0052+1.77·10-4C1.124,通过验证试验,该模型的模拟效果较好。  NF400-600纳滤卷式膜过滤甲醇体系的液化油水溶液,设计L9(34)正交试验,通过正交试验分析和优化平衡得操作条件为操作压力0.5 MPa,进料浓度为10g/L,操作温度为45℃。在此条件下,膜通量为33.5 L·m-2· h-1,糖苷的截留率为96%,其小分子分解物的透过率为19%。通过对比一级膜过滤和二级膜过滤实验设计发现:一级膜过滤提升烷基葡萄糖苷的纯度到97%时,原料损失38%;二级膜过滤提升到相同纯度原料的损失减少到20%。由此可见,二级过滤在纳滤膜分离能力不佳时,具有显著提升分离效果的影响。  对模拟料液和甲醇-甘油体系生物质液化油水溶液的纳滤效果作对比:除膜通量显著减低以外,模拟料液表现出较好的分离效率预测能力。对甲醇甘油体系液化油水溶液中含有的丙二酸和大分子化合物群分析得出,丙二酸透过膜性能良好且随操作条件变化的趋势雷同甘油,其透过率可以达到60%,大分子物质截留率在90%以上。从膜污染和清洗实验看出,真实料液对膜的污染比模拟料液严重且较难恢复,洗涤液(2%三磷酸钠和0.8%EDTA钠盐)和酸性水溶液相对于中性和碱性水溶液冲洗效果较好。
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