Efficient bio-ethanol recovery by non-contact vapor permeation process using membranes with tailored pore size and hydrophobicity

渗透汽化 渗透 接触角 化学工程 傅里叶变换红外光谱 化学 衰减全反射 渗透 超滤(肾) 材料科学 润湿 色谱法 生物化学 工程类
作者
Pei-Yao Zheng,Wenhai Zhang,Chong Li,Naixin Wang,Jie Li,Zhenping Qin,Quan‐Fu An
出处
期刊:Chemical Engineering Science [Elsevier]
卷期号:207: 448-455 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.ces.2019.06.047
摘要

Vapor permeation seems to be a more suitable separation process than pervaporation in bio-ethanol recovery from fermentation broth because of its non-direct contact trait. The unsatisfactory flux and selectivity of polymeric membranes limit their utilization in industrial application. Here, we tailored the physical and chemical structure of commercial available polyacrylonitrile (PAN) ultrafiltration membrane to serve in vapor permeation. The membrane porosity was reduced till dense enough for separation while preserving an ultra-high flux by hydrolyzing in alkali. The hydrophilicity/hydrophobicity was controlled by grafting fluoroalkyl chains to ensure an acceptable ethanol selectivity. The changes of physical structure and chemical property were systematically characterized by Fourier transform infrared-attenuated total reflectance (ATR-FTIR), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), scanning electron microscopy (SEM), water contact angle and pure water permeance. Tested at 60 °C, the optimized membrane exhibited a high flux of ca. 10.5 kg m−2 h−1 and a permeate ethanol content similar to vapor-liquid equilibrium curve, which outstripped most polymeric membranes (applied in pervaporation or vapor permeation) in both flux and selectivity.
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