PDMS_PEI复合膜对FCC汽油的脱硫性能_制膜条件影响

应用研究PDMS/PEI复合膜对FCC汽油的脱硫性能(Ⅰ)制膜条件影响陈剑,陈金勋,李继定3,亓荣彬,陈翠仙(清华大学化学工程系膜技术工程研究中心,北京100084)摘要:以聚醚酰亚胺(PEI)超滤膜为支撑层,聚二甲基硅氧烷(PDMS)为复合层,制备PDMS/PEI渗透汽化复合膜对流体催化裂化(FCC)汽油脱硫.通过傅立叶红外光谱仪(FTIR-ATR)对PDMS/PEI复合膜表面进行了结构分析,考察了交联前后官能团的变化.通过扫描电子显微镜(SEM)分析了复合膜表面和断面的形态.将制备的复合膜应用于正庚烷和噻吩体系,研究了不同聚合物PDMS浓度、交联剂浓度,交联温度和交联时间对分离性能的影响,从而得到最佳制膜条件,并考察了膜的溶胀性和在长时间操作下的稳定性.关键词:渗透汽化;汽油脱硫;PDMS/PEI复合膜;正庚烷/噻吩中图分类号:TQ028.8文献标识码:A文章编号:1007-8924(2009)02-0081-06随着环保法规的日益严格,汽油的低硫化甚至无硫化已成为一种必然趋势,汽油的深度脱硫技术已成为各石油公司和相关研究者的研究热点.催化裂化汽油中的含硫化合物来自于原油,在汽油中含硫化合物的分布也是随馏分沸点的增加而增加的,尤其是催化裂化汽油给商品油带来大量的含硫化合物,约占商品油中硫含量的85%～95%[1-3].国外汽油中催化裂化成分约占34%左右,而我国约有80%的汽油是来自催化裂化过程,这就决定了我国汽油的硫含量要远远超过国外汽油[4].催化裂化汽油中的硫化物主要以噻吩和苯并噻吩类硫化物的形式存在,约占硫化物总量的80%以上,其中约一半分布在FCC(流体催化裂化)汽油的重馏分中,另外有少量的低碳硫醇、硫醚存在[5].我国FCC汽油中的硫化物存在形式以硫醇、硫醚、二硫化物和噻吩类这4种有机硫化物为主,其中噻吩类硫的质量浓度占总硫质量浓度的60%以上,而硫醚硫和噻吩硫的质量浓度占总硫的85%以上.因此,催化汽油的脱硫技术和工艺开发主要以脱除这两类有机硫为主[6].渗透汽化[7]是近年来得到迅速发展的一种新型膜分离技术,主要用于有机物脱水、水中微量有机物脱除、近沸或恒沸混合物分离、组成极不对称的物系的分离等[8].渗透汽化相比传统分离过程,具有相变量小、效率高、能耗低、设备简单、工艺放大效应小等优点,在汽油深度脱硫技术方面具有独特优势.本文以正庚烷和噻吩模拟比较复杂组成的汽油,重点考察不同制膜条件下对噻吩的分离效果,以得到较高通量和较高富硫因子的制膜组成.1实验部分1.1实验原料聚醚酰亚胺(PEIUltem○R-1000),GE公司提供,分子式如图1所示;N-甲基吡咯烷酮(NMP),作为PEI的溶剂,分析纯,北京益利化学试剂公司;正庚烷,作为聚二甲基硅氧烷(PDMS)的溶剂,分析纯,北京化学试剂公司;正硅酸乙酯,作为PDMS的交联剂,分析纯,北京化学试剂公司;二月桂酸二丁收稿日期:2007-11-07;修改稿收到日期:2007-11-30基金项目:国家“973”项目(2009CB623404);国家自然科学基金资助项目(20676067,20736003);国家“863”计划项目(2007AA06Z317);教育部博士点基金(20070003130)作者简介:陈剑(1980-),男,河南信阳市人,从事膜分离技术研究.3通讯联系人〈lijiding@mail.tsinghua.edu.cn〉第29卷第2期膜科学与技术Vol.29No.22009年4月MEMBRANESCIENCEANDTECHNOLOGYApr.2009图1聚醚酰亚胺(PEI)的分子式Fig.1ThechemicalstructureofPEI基锡,作为PDMS的催化剂,分析纯,北京化学试剂公司;PDMS,黏度10Pa·s,北京化工二厂;噻吩,分析纯,天津化工厂.1.2渗透汽化实验装置渗透汽化实验装置如图2所示.装置主要由料液罐,料液泵,膜器,透过侧制冷,真空泵组成.首先将制备好的复合膜放入膜器,然后将料液加热至设图2渗透汽化实验装置Fig.2Schemeofthepervaporationapparatus定温度,随后开启真空泵,运行稳定1h后,开始取样分析,每个实验条件测试3个点,取平均值,减少误差.膜的分离性能主要由渗透通量和富硫因子两个参数评价:渗透通量:J=mt·A(1)富硫因子:β=xPxF(2)式中,xP为渗透液总硫浓度;xF为进料液中总硫浓度;m为渗透液质量,kg;t为样品采集时间,h;A为膜面积,m2.因为汽油的组分比较复杂,本实验采用正庚烷和噻吩作为料液模拟真实汽油,料液中噻吩的浓度为200ng/μL.1.3膜结构表征傅立叶红外光谱分析采用美国Nicolet公司生产的IR560型FTIR-ATR红外光谱仪,ZnSe晶片.PDMS/PE