PDMS mixed matrix membranes containing hollow silicalite sphere for ethanol / water separation by pervaporation

渗透汽化 物理吸附 化学工程 聚二甲基硅氧烷 渗透 材料科学 扫描电子显微镜 介孔材料 色谱法 化学 纳米技术 有机化学 复合材料 吸附 生物化学 工程类 催化作用
作者
Parimal V. Naik,Stef Kerkhofs,Johan A. Martens,Ivo F.J. Vankelecom
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier]
卷期号:502: 48-56 被引量:60
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2015.12.028
摘要

Separation of ethanol/water mixtures through classical separation methods, like distillation, are very energy consuming. Pervaporation is an alternative membrane separation process with much lower energy demand, but still lacking high performance membranes with sufficient flux-selectivity properties. In this study, polydimethylsiloxane (PDMS) based mixed matrix membranes (MMMs) were developed and their pervaporation performance investigated. The fillers consist of hollow spheres (HS) covered with a shell of silicalite-1 crystals. These HS were characterized by scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), nitrogen physisorption and X-ray diffraction (XRD). The spheres were approximately 1 μm in size with a shell thickness of 30 nm. Nitrogen physisorption revealed the micro- and mesoporous nature of the spherical shells, with a BET surface area of over 800 m2/g. The hollow silicalite spheres were then uniformly distributed in the PDMS membrane to increase the membrane permeability since the hollow core of the HS allows very fast flow of the permeating compound. Furthermore, the zeolitic shell improves the ethanol selectivity through its specific pore structure and hydrophobicity, while additional crosslinking of the HS with the PDMS matrix further increases the selectivity of the polymer matrix, thus reaching a separation factor and flux value of 16 and 3.8×10−6 g.m/m2.s respectively for a 6% aqueous ethanol solution at 40 °C.

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