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膜蒸馏技术回收离子液体取得重要进展

  

  离子液体作为一种绿色溶剂,在分离、催化、电化学等方面发挥着重要的作用。但离子液体普遍价格昂贵,不可直接排放,需对其进行回收。压力驱动型膜分离技术(如纳滤和反渗透)是回收水溶液中离子液体的有效方法之一(Separation and Purification Technology, 165 (2016) 18-26)。相比于纳滤或反渗透技术,膜蒸馏技术由于不受渗透压影响,对非挥发性物质具有优异的截留性能,有望在离子液体回收中获得应用突破。然而,针对膜蒸馏分离浓缩离子液体水溶液这一全新过程,膜材料选择、膜污染与润湿、过程传质与传热等问题尚待研究。针对上述问题,过程工程研究所万印华研究员团队从膜制备、膜污染、过程优化等方面对膜蒸馏浓缩离子液体水溶液过程进行了系统的研究。

 

  首先,采用等离子体技术对亲水聚丙烯腈膜(PAN)表面进行了疏水改性,制备了高性能疏水多孔膜,发现其可高效浓缩高浓度的1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([Bmim]Cl)水溶液,同时阐明了该浓缩过程中的膜污染演变机制(Journal of Membrane Science, 518 (2016) 216-228)。基于上述结果,从离子液体与膜面相互作用角度进一步探明了膜蒸馏分离离子液体水溶液过程中的膜污染热力学机理。通过XDLVOextended Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek)理论计算了不同膜与不同离子液体之间的相互作用能。结果表明,该类膜污染主要由表现为吸附作用的极性作用能控制;同时,膜面粗糙度越大,膜面极性越高,膜面负电荷越少,离子液体浓度越高,离子液体与膜面的相互作用越强,从而导致膜污染加剧(Journal of Membrane Science, 550 (2018) 436-447)。最后,建立了真空膜蒸馏分离离子液体-水混合液的传质与传热模型,结果表明该过程的浓差极化对膜通量的影响大于温差极化。

  该项目得到国家高技术研究发展计划(No. 2012AA021202No. 2014AA021005)、国家自然科学基金(No. 21106153)和太阳能光热驱动海水淡化技术项目(KGCX2-YW-380)的支持。