【專題】《化工學報》2017年10～12期膜與膜過程專題

2017年68卷10~12期

柱式膜組件結構的CFD優化設計

熊長川, 李衛星, 劉業飛, 邢衛紅. 化工學報, 2017, 68(11): 4341-4350

[全文]http://www.hgxb.com.cn/CN/Y2017/V68/I11/4341

[摘要]採用Euler模型與多孔介質模型對不同結構的柱式膜組件內的流體流動進行了計算模擬。研究了曝氣孔數目（開孔率為1.92%保持不變）與膜組件高度對膜組件膜絲填充區域內的氣液兩相分布、壁面剪應力、湍流黏度以及液相速度場的影響。計算模擬數據與實驗結果吻合良好。計算模擬表明：通過減小曝氣孔直徑，增加曝氣孔數目的方式能夠促進氣液兩相流場與液相速度場的均勻分布，以及壁面剪應力與湍流黏度的增強；增加膜組件的高度，有利於增加單支膜組件膜面積的同時充分利用曝氣擦洗過程中氣液兩相流對膜絲壁面進行高效的氣擦洗。綜合考慮膜組件的安裝運輸、膜絲通量分布以及能耗等因素，對於直徑250 mm的膜組件採用曝氣孔的直徑為6.32 mm，數目為30個，長度在2~2.5 m之間為最優。

多級孔道ZSM-5分子篩超濾膜的制備

姚迅, 彭莉, 徐曉涵, 張春, 顧學紅. 化工學報, 2017, 68(11): 4351-4358

[全文]http://www.hgxb.com.cn/CN/Y2017/V68/I11/4351

[摘要]利用二次生長法，以十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）為結構導向劑，一步水熱合成了多級孔道ZSM-5分子篩膜。結果表明，CTAB球形膠束與分子篩顆粒自組裝形成了介孔結構，同時，CTAB膠束及疏水長鏈抑制了晶體的長大。通過調整CTAB/SiO2摩爾比、合成溫度及晶化時間等制膜條件，改變分子篩膜的晶體顆粒尺寸及膜層交聯度，做到了分子篩膜介孔結構的有效調節，其孔徑範圍7~30 nm。在CTAB/SiO2摩爾比為0.05、合成溫度180℃、時間20 h下，多級孔分子篩膜純水滲透通量達到138 kg·m-2·h-1·MPa-1，截留分子量28500，對應平均孔徑7.39 nm，達到小孔徑超濾的標準。

含開放金屬位點MIL-101(Cr)摻雜的混合基質膜制備及其CO2分離性能

郭翔宇, 陽慶元. 化工學報, 2017, 68(11): 4323-4332

[全文]http://www.hgxb.com.cn/CN/Y2017/V68/I11/4323

[摘要]以結構中含有開放金屬位點的MIL-101（Cr）作為填料與3種不同的聚合物復合制備了混合基質膜，從填料結構、聚合物性質及填料-聚合物界面狀況等角度對混合基質膜的CO2分離性能進行了分析。結果表明，由於MIL-101（Cr）較大的孔道尺寸以及結構中開放金屬Cr（Ⅲ）位點與CO2分子間的Lewis酸鹼作用，其摻雜能夠同時顯著提高PSF膜的CO2通量及分離因子。而當聚合物滲透性及選擇性較高時，MIL-101（Cr）的摻雜僅提高了氣體通量，CO2分離因子則略有降低。當聚合物分子鏈柔性較大時，MIL-101（Cr）的表面孔道會被分子鏈堵塞，造成混合基質膜氣體通量的顯著下降。

藍寶石襯底上PECVD生長石墨烯及其氣敏傳感器

蔚翠, 何澤召, 劉慶彬, 李嫻, 謝丹, 蔡樹軍, 馮志紅. 化工學報, 2017, 68(11): 4423-4427

[全文]http://www.hgxb.com.cn/CN/Y2017/V68/I11/4423

[摘要]在藍寶石襯底上，利用PECVD在相對較低的溫度和相對短的時間制備石墨烯。實驗發現，在950℃，生長15 min，可制備奈米晶石墨烯。所制備的石墨烯為雙層結構，存在較多的缺陷，使得其適合用於製作氣敏傳感器。製作的奈米晶石墨烯氣敏傳感器對甲醛氣體顯示出良好的響應和恢復特性。分析發現奈米晶石墨烯中大量的晶界和褶皺使氣體的吸附和解吸附能壘降低是其表現出良好氣敏特性的主要原因。

基於JFO空化和冪律模型的螺旋槽液膜密封流體動壓特性

王贇磊, 郝木明, 李振濤, 李勇凡, 孫鑫暉, 徐魯帥. 化工學報, 2017,68(12): 4665-4674

[全文]http://www.hgxb.com.cn/CN/Y2017/V68/I12/4665

[摘要]密封端面間潤滑流體的非牛頓特性對密封的性能有重要影響。基於滿足質量守恒的JFO空化邊界條件及描述流體非牛頓特性的冪律模型，建立了考慮流體非牛頓特性的螺旋槽液膜密封數學模型。採用有限差分法對控制方程進行離散，通過SOR迭代方法對離散方程進行求解，得到了密封端面液膜壓力分布。探討了潤滑流體的非牛頓特性對螺旋槽液膜密封的液膜承載能力、泄漏量、摩擦扭矩等性能參數及液膜中空化發生情況的影響規律。結果表明：隨著冪律指數的增大，液膜承載能力先增大後減小，泄漏量和空化率增大，摩擦扭矩減小；冪律指數為0.96時，相對於牛頓流體，液膜承載能力提升約4.6%，密封端面空化率下降約98.6%，泄漏量下降約5.8%，摩擦扭矩增加約0.3%；隨著操作參數的改變，不同冪律指數下的流體動壓性能參數變化規律具有相似性；潤滑流體的合理選擇對液膜密封性能改善有重要意義。

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