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摘 要

膜分离技术是20世纪初出现的一门最有发展前景的高新技术，其借助于膜的选择渗透特性，在外界推动力的作用下，对多组分混合物进行分离、浓缩、纯化和精制。多孔不锈钢膜作为一种常用的无机金属分离膜，因其机械强度高、易焊接、耐高温高压等特点，在电子仿生、石油化工、食品加工、医药卫生及航空航天领域中均得到普遍的应用。本文主要研究内容与结论：

1. 本实验首先制备了不同规格的多孔不锈钢膜，采用电镜扫描（SEM）和金相显微镜对多孔不锈钢膜表面和断面进行表征，用多功能孔径分析仪（PSDA-20）测试了不同膜管的孔径（包括最大孔径、平均孔径及气体通量），并采用粒度分析仪对分子筛悬浮液进行粒径分析。
2. 考察了不锈钢膜在催化剂回收方面的应用性能，以TS-1分子筛水悬浮液为分离体系，膜通量和过滤精度作为衡量指标，确立了恰当孔径的多孔不锈钢膜，考察了跨膜压差、料液浓度、错流速度和操作温度等操作条件对膜通量的影响，并优化出了最佳运行参数。
3. 采用多元线性回归分析的方法考察了膜通量与跨膜压差、料液浓度、错流速度及操作温度之间的关系，实验结果表明各操作条件对膜通量的影响强度顺序为：跨膜压差gt;料液浓度gt;错流速度gt;操作温度。

关键词： 多孔不锈钢膜 TS-1 错流过滤 多元线性回归

Filter performance Analysis and Application of porous stainless steel membrane

ABSTRACT

Membrane separation technology is one of the most promising technology in the early 20th century. It separates, concentrates, purifies and refines multi-component mixture on the external diving force by selecting the permeability characteristics of the membrane. Porous stainless steel membrane as a commonly used inorganic metal membrane due to its opening rate, good mechanical properties, filtration area and other characteristics, have been widely applied in bionic electronic, petrochemical, food processing, medicine and aerospace field . The main contents and conclusions:

1. In this study, we first prepare different specifications of porous stainless steel membrane. We chararcterize porous stainless steel membrane surface and cross section by using scanning electron microscopy (SEM) and optical microscope. In addition, we use multi-functional pore size analyzer (PSDA-20) to test different membrane tube aperture (including maximum aperture, average pore diameter and gas fluxes), and we analysis the particle size of TS-1molecuar sieve suspension by using particle size analyzer.

2. We examined the stainless steel membrane application performance in recycling catalysts. In the separation of TS-1 molecular aqueous suspension, we take flux and filtration accuracy as a measure to establish the appropriate membrane pore size of porous stainless steel. At the same time, we discuss the effect of operating conditions such as transmembrane pressure, feed concentration, cross-flow velocity and operating temperature on membrane flux and the optimum operating parameters were optimized.

3. We take the multiple linear regression to examine the connection between flux, transmembrane pressure, feed concentration, cross-flow velocity and operating temperature. The results show that the influence of the operating conditions on membrane flux intensity following this order: transmembrane pressuregt; feed concentrationgt; cross flow velocitygt; operating temperature.

Keywords: Porous stainless steel membrane; TS-1; Cross-flow filtration; Multiple linear regression

目录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 文献综述 1

1.1 膜分离技术简介 1

1.2多孔金属膜的特点 2

1.3多孔不锈钢膜的应用 3

1.3.1在食品行业中的应用 3

1.3.2在水处理中的应用 3

1.3.3在医药领域中的应用 4

1.3.4在航天航空中的应用 4

1.4多孔不锈钢膜用于回收TS-1催化剂 4

1.4.1环氧丙烷合成路线 4

1.4.2简介TS-1分子筛催化剂 6

1.4.3利用多孔不锈钢膜回收TS-1分子筛 7

1.6数据分析方法 7

1.6.1多元线性回归模型 8

1.6.2显著性检验 8

1.7本课题主要研究内容 8

第二章 实验材料和实验装置 10

2.1 实验仪器 10

2.2 实验膜材料的制备与表征 11

2.2.1实验膜材料的制备 11

2.2.2 膜材料孔径测试与表征 11

2.3过滤体系的配置与表征 13

2.4 实验装置 14

第三章 实验结果与讨论 16

3.1 分析方法 16

3.2 膜孔径的选择 16

3.3 操作条件对膜通量的影响 17

3.3.1跨膜压差的影响 17

3.3.2 操作温度的影响 18

3.3.3 错流速度的影响 19

3.3.3料液浓度的影响 20

3.4实验数据处理 20

3.4.1数据分析模型与处理方法 21

3.4.2影响程度分析 22

第四章 结论与展望 25

4.1 小结 25

4.2展望 25

参考文献 26

致谢 29

第一章 文献综述

1.1 膜分离技术简介

膜分离技术是一项高效新颖的过滤分离、净化提纯技术，它的最大优点就是借助于膜的选择通过特性进而达到分离混合物的目的。18世纪中叶人们首次揭示膜分离现象，但是直到上世纪60年代，膜分离技术才进入迅猛发展阶段。膜分离与传统分离体系如萃取、精馏、过滤、蒸发、重结晶等相比，绿色清洁、能耗低、过程不发生相变、操作简单、分离效果显著等特点，因而在石油化工，食品加工，轻工纺织，医药医疗，水处理，环保等领域都取得了令人满意的成绩。膜分离技术的工作原理是：

1. 膜的表面筛分：粒径比膜孔道大的颗粒阻留在膜的外表面
2. 吸附：微粒被吸附到膜内
3. 脱附：微粒从膜内脱附至膜外达到筛分目的

图1-1膜的工作原理示意图

由于其优异的性能，膜分离技术已逐步成为解决资源、能源短缺和环境污染日趋严重的可持续发展技术的基石，被公认为是21世纪的六大高新技术之一，具有广阔的发展空间。上世纪50年代我国开始涉足膜领域，中国化学研究所研制出聚乙烯醇离子交换膜^[1]，引领了我国膜领域研究的浪潮。 20世纪90年代我国在膜领域取得了突破性的进展，在离子交换膜、水处理膜、透汽化膜、气体分离膜、无机陶瓷膜等众多研究方向均取得了丰硕成果，为我国工艺改造技术做出了卓越的贡献。我国也将膜分离技术产业化列为“十二五”规划发展的高新技术目标之一，努力缩短与世界发达国家膜技术的差距。膜分离过程主要有超滤（UF）、纳滤（NF）、反渗透（RO）、微滤（MF），电渗析（ED）等等，其分离过程特点如表1-1所示。

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