PEG_PEI复合膜渗透汽化汽油脱硫研究_制膜条件影响

PEG/PEI复合膜渗透汽化汽油脱硫研究(Ⅰ)制膜条件影响陈剑,李继定3,亓荣彬,叶宏,陈翠仙(清华大学化工系膜材料与工程研究中心,北京100084)摘要:以PEI超滤膜为支撑层,PEG为复合层,制备了PEG/PEI渗透汽化FCC汽油脱硫复合膜.通过傅立叶红外光谱仪对PEG/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,首先考察了膜的溶胀性和稳定性.研究了不同聚合物PEG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.关键词:渗透汽化;汽油脱硫;PEG/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)03-0039-05由于环保的日益严峻,世界范围内低硫“清洁燃料”的生产成为必然的趋势.世界燃油规范要求汽油的Ⅲ类标准为硫含量小于30μg/g[1],欧盟于2005年执行的Ⅳ类硫含量标准为小于50μg/g.我国于2005年7月1日起强制执行的汽油质量标准的硫含量也从原来的800μg/g降为500μg/g[2],使汽车排放指标达到欧Ⅱ标准.为了迎接奥运会,北京于2008年正式实施汽油硫含量小于150μg/g以满足欧Ⅲ排放标准.催化裂化汽油中的含硫化合物来自于原油,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%[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].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[5,6].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[7,8].本文以正庚烷和噻吩模拟比较复杂组成的汽油,重点考察不同条件下制备的膜对噻吩的分离效果,以得到具有较高通量和较高富硫因子的复合膜制膜条件.1实验部分1.1实验原料聚醚酰亚胺(PEIUltem�-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;聚乙二醇(PEG,ALDRICH),分子量10万,去离子水作为PEG的溶剂,北京化学试剂公司;马来酸,作为PEG的交联剂,分析纯,北京化学试剂公司;三甲胺,作为PEG的催化剂,分析纯,北京化学试剂公图1聚醚酰亚胺(PEI)的分子式Fig.1ThechemicalstructureofPEI收稿日期:2008-02-29;修改稿收到日期:2008-06-10基金项目:国家“973”项目(2003CB615701);国家自然科学基金项目(20676067,20736003);国家“863”计划项目(2007AA06Z317);教育部博士点基金(20070003130);中石化科技开发研究基金(X505002)作者简介:陈剑(1980-),男,河南信阳市人,博士生,从事膜分离研究.3通讯联系人〈lijiding@mail.tsinghua.edu.cn〉第29卷第4期膜科学与技术Vol.29No.42009年8月MEMBRANESCIENCEANDTECHNOLOGYAug.2009司;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为进料液中总硫浓图2渗透汽化实验装置Fig.2Schemeofthepervaporationapparatus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,料液中噻吩的质量浓度为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.PEG/PEI复合膜的表面和断面形态采用英国生产的型号为JSM-7401F的场发射扫描电子显微镜分析.1.4膜的溶胀性实验将膜剪成边长为3cm的正方形,然后放在60℃的烘箱中,将表面烘干48h,直至膜的质量不再发生改变,记录此时的质量m1.然