海藻酸鈉-醋酸纖維素復合薄膜的制備及除濕性能測試

許晶翠，張傳禹，葛天舒，代彥軍，王如竹

（上海交通大學制冷與低溫工程研究所，上海 200240）

海藻酸鈉-醋酸纖維素復合薄膜的制備及除濕性能測試

許晶翠，張傳禹，葛天舒，代彥軍，王如竹

（上海交通大學制冷與低溫工程研究所，上海 200240）

為提高膜式全熱交換器的除濕效率，以海藻酸鈉為表面活性層，醋酸纖維素膜為支撐層，氯化鋰為親水添加劑制備了一種新型除濕復合膜。測試了復合膜的水蒸氣透過量和水溶性，對薄膜結構進行表征及分析了應用復合膜的全熱交換器的傳質系數。研究結果表明：復合膜的水蒸氣透過量隨氯化鋰含量增加而高達 4.42×10?5g·m?2·s?1·Pa?1，是無氯化鋰復合膜的1.56倍，商用紙膜的2.63倍。表面活性層水溶性介于18.29%～28.55%之間，具有一定的防水耐水性。熱重曲線表明通入55℃干燥空氣復合膜可實現再生，紅外光譜圖顯示出海藻酸鈉為復合膜引進大量親水性羥基。最后，將復合膜應用到全熱交換器中，并與商用紙膜換熱器在傳質系數上進行了分析比較。

復合材料；膜；制備；空氣除濕；水蒸氣透過性；氯化鋰

引 言

近年來，隨著經濟的發展，人們對室內空氣品質（IAQ）及熱舒適性要求的不斷提高，導致空調系統耗能不斷增加。據統計，空調系統能耗占建筑電力的50%～60%，其中濕負荷占空調系統總能耗的20%～40%[1]。常規壓縮式空調系統利用7℃冷凍水把空氣溫度降到露點以下進行冷凝除濕與降溫過程，由于送風溫度較低而后伴隨再加熱過程，產生能量相互抵消現象，從而造成能源的大量浪費。同時凝結水易使盤管表面滋生細菌，對人體健康不利[2]。而固體轉輪除濕則會出現新風與排風相混的現象且吸附熱會提高除濕劑再生溫度。因此如何高效進行空氣除濕已成為制冷領域的研究熱點。膜式全熱交換器由于具有以下優點[3-4]：① 除濕過程利用薄膜兩側的水蒸氣分壓差，不需要額外驅動力；② 交叉氣流通道可防止新風與排風之間交叉污染；③ 無運動部件，運行成本低等，因而提供了一條有效的途徑。

膜式全熱交換器（圖 1）利用新風與排風之間的溫差與水蒸氣分壓差作為驅動力，通過交叉氣流通道同時完成潛熱與顯熱的回收工作。夏季，新風中的水分子在壓差作用下通過熱質交換層向排風處轉移，新風濕度降低。冬季，室內排風對室外新風進行預加熱加濕處理。因此熱質交換層決定了交換器的除濕效率。由于目前市場上全熱交換器的除濕效率普遍較低，針對此現象，近年來許多學者對除濕復合膜進行了研究[5-8]，Zhang等[9]研究了不同流速下傳統紙膜與非對稱復合膜水蒸氣滲透率。Niu等[10]通過有限差分數值法分析指出交換器顯熱效率主要取決于交換器的傳熱單元數，而潛熱效率則受薄膜材料和運行條件共同影響。

圖1 膜式全熱交換器工作原理Fig.1 Operation principle of ERV

復合膜由表面活性層和微孔支撐層兩部分組成。這兩部分材料的性能是影響復合膜整體顯熱與潛熱交換效率的主要因素。致密的表面活性層具有較好的氣體選擇透過性，可阻止室內CO2、有機揮發物（VOC）等對新風造成污染，但同時增大了薄膜的傳質阻力。使用全氟磺酸[11]，聚醚-聚氨酯[12]等親水材料可有效降低活性層的傳質阻力。由于薄膜親水性越強，吸收的水分越多，水蒸氣透過性就越好，而僅依靠化合物的氫鍵作用對薄膜親水性提高能力有限。向活性層中加入吸濕性較強的無機鹽如氯化鈣、氯化鎂、氯化鋰[13]等可使薄膜的親水性進一步增強。

首先，表面活性層材料的選擇對復合膜除濕性能有較大的影響。海藻酸鈉(SA)作為一種天然多糖類高分子，Goh等[14]研究SA在藥物緩釋包裝膜上的應用。孫曉斌等[15]利用SA與磷鎢酸顆粒制備了一種高親水性薄膜，并將其用于甲醇水溶液的分離。SA來源廣泛，價格低廉，且含有大量親水性官能團羥基，而在全熱交換器上的應用卻鮮有報道，本文選用海藻酸鈉作為表面活性層材料進行研究。由于SA膜可溶于水中，制備過程中需進行交聯反應，交聯劑有CaCl2、MgCl2等溶液。雖然交聯作用消耗了部分羥基減弱了薄膜的親水性，但提高了其防水能力及機械強度。選用LiCl作為添加劑以提高薄膜的親水性。其次，微孔膜如聚醚砜[5]，聚偏二氟乙烯[16]為表面活性層提供機械支撐作用，以提高復合膜的穩定性及使用壽命。醋酸纖維素 (CA) 膜因加工簡單，透水量大，故而將其選為微孔支撐層。

基于上述分析，以提高薄膜除濕性能為目標，本文制備了海藻酸鈉-醋酸纖維素（SA-CA）除濕復合膜，首先對復合膜的水蒸氣透過性和水溶性進行了測試，其次從表面結構、熱穩定性、再生溫度等方面對薄膜進行表征，最后對不同類型的全熱換熱器的傳質系數進行分析比較。

1 實驗材料與薄膜制備

1.1 實驗材料

海藻酸鈉（SA），國藥集團化學試劑有限公司提供，由一定長度的G（α-L-古洛糖醛酸）、M（β-D-甘露糖醛酸）及GM交替嵌段組成，含有大量親水性基團—OH。其中G段中氧原子會與Ca2+發生交聯作用形成如圖2所示的“蛋-盒”結構，產生乳白色三維網絡結構水凝膠；選取 CaCl2溶液作為 SA薄膜的交聯劑。醋酸纖維素膜(CA)由海鹽新東方科技有限公司提供，微孔孔徑0.12 μm。無水氯化鋰為親水性添加劑，丙三醇為薄膜增塑劑。

圖2 海藻酸鈉與Ca2+形成的“蛋-盒”結構[17]Fig.2 Structure of “egg-box” formed by cross-linking reaction of SA and Ca2+[17]

1.2 復合薄膜的制備

復合膜制備包括以下過程：① 把CA膜在蒸餾水中浸泡4 h后備用。② 將LiCl溶解于蒸餾水中，然后緩慢加入SA粉末，待SA完全溶解后，再加入甘油作為增塑劑，以提高薄膜的柔韌性。溶液配制結束后常溫靜止8 h脫泡處理。③ 在CA膜兩邊分別固定0.75 mm厚的長條，刮刀沿長條方向移動即可在CA膜上得到0.75 mm厚的SA溶液。然后水平放入50℃，30%相對濕度（RH）的恒溫恒濕箱中進行干燥處理，4 h后把干燥薄膜從玻璃板取下，浸泡在質量濃度為5% CaCl2溶液中進行交聯反應，5 min后取出置于室溫下自然干燥24 h。溶液配比及薄膜成分如表1所示。C0、C1、C2、C3中數字分別代表每100 ml蒸餾水中LiCl的含量，C0作為對照組。為檢驗交聯作用對復合膜的影響，制作出未交聯的復合膜C00備用。表1中“+”代表“有支撐層”或“經過交聯作用”，“?”表示“無支撐層”或“無交聯作用”。以下表格同理。

表1 復合薄膜配制信息Table 1 Information of composite membranes

2 實驗方法介紹

2.1 復合膜水蒸氣透過量測試

水蒸氣透過量直接反應了復合膜應用于全熱換熱器的除濕性能，在其他工況不變的情況下，水蒸氣透過量越高，全熱換熱器的整體除濕性越好。利用ASTM Method E96M—05對其進行測試。同時實驗中增加商業全熱換熱器紙膜（TP）作為對照。用精度為 0.001 mm的數顯千分尺對薄膜厚度進行測量。

2.2 SA薄膜水溶性測試

夏季新風濕度過高可能會在功能層表面產生凝結水，對復合膜的活性層SA膜性質有一定影響。下面用水溶性對其進行評估，將SA膜放在105℃烘箱內4 h，稱重S0，然后浸泡在100 ml蒸餾水中20 h，取出后放入105℃干燥4 h脫去水分，稱重S。表2為測試薄膜信息，利用式（1）計算薄膜水溶性

表2 水溶性測試中交聯SA膜（S0、S1、S2、S3）與未交聯SA膜（S00、S10、S20、S30）組成信息Table 2 Information of cross-linked SA membranes (S0, S1, S2, S3) and uncross-linked SA membranes (S00, S10, S20, S30) in measurement of water solubility

3 實驗結果分析

3.1 薄膜水蒸氣透過量測試結果與分析

表3顯示復合膜在厚度基本相同情況下，水蒸氣透過量隨LiCl含量的增加而增加，C3水蒸氣透過量達到4.42×10?5g·m?2·s?1·Pa?1，分別較C2、C1、C0及TP的水蒸氣透過量提高了9.68%、32.3%、56.2%、163%。表4為15 mm靜止空氣層阻力占薄膜水蒸氣透過量總阻力的百分比，隨薄膜親水性的提高由55.86%增加到76.99%。說明扣除靜止空氣層阻力對于計算薄膜水蒸氣透過量具有重要意義。

表3 復合膜與傳統商業紙膜水蒸氣透過量與厚度Table 3 Water vapor permeance, thickness of composite membranes and traditional commercial paper

表4 薄膜與水面靜止空氣層阻力占薄膜總阻力百分比Table 4 Percentage of resistance of still air between membranes and water surface in total mass transfer resistance

對于C0膜，雖不含氯化鋰，但膜內大量的羥基通過氫鍵作用把水分子吸收在薄膜表面，再利用兩側水蒸氣的分壓差使水分子從高壓側向低壓側轉移，完成除濕過程。對于含有氯化鋰的復合膜，水分子則分別在羥基的氫鍵作用與氯化鋰的水合作用下完成空氣除濕過程。TP膜雖然較薄，但親水性不足，導致水蒸氣透過量較低，如提高TP膜親水性可改善水蒸氣透過性及全熱交換器除濕效果。相比商業紙膜，如能降低復合膜厚度，則可進一步提高復合膜的水蒸氣透過量。

實驗結果的不確定性主要源于天平稱量誤差、恒溫恒濕箱相對濕度誤差、時間誤差及薄膜直徑測量誤差，參照文獻[18]計算得出薄膜的水蒸氣透過量的誤差為±1.6%。

3.2 SA薄膜水溶性測試分析

表5表明交聯SA膜水溶性集中在18.29%～28.55%之間，且隨LiCl含量增加水溶性逐漸增大，說明 LiCl的加入在一定程度上增大了薄膜在水中的溶解度。而未交聯SA膜在水中全部溶解，即水溶性為100%。Ca2+交聯作用大幅度降低了SA膜水溶性。

表5 交聯前后SA薄膜的水溶性Table 5 Water solubility of unmodified and modified SA films

以上數據表明復合膜表面有凝結水存在時，短時間內不會對復合膜的活性層造成影響，但凝結水長時間存在會使活性層部分溶于水分中，對全熱交換器正常使用造成一定影響。如果天氣過于惡劣，導致表面長時間有凝結水產生，可及時利用干燥熱空氣使薄膜脫水再生，恢復正常使用功能。

4 薄膜結構表征

實驗利用SEM、同步熱分析、傅里葉變換紅外光譜對薄膜進行結構表征。

4.1 SEM觀測

使用掃描電子顯微鏡SEM（JSM-7800F Prime）對支撐膜CA及復合膜C3的表面結構進行觀察。圖3(a) 展示了CA膜的微孔結構，在圖3(b) 中，C3表面覆蓋了一層海藻酸鈉膜，完全覆蓋了CA膜的微孔結構，圖中凸起則為海藻酸鈉與氯化鈣交聯形成的不溶物。

Fig.3 CA支撐膜與復合膜C3的SEM圖Fig.3 SEM images of CA and C3

4.2 DSC與TGA分析

利用同步熱分析儀 STA449測試薄膜的熱穩定性，圖4～圖6分別是S00、S0及S3的熱重曲線、DSC曲線和熱失重速率曲線。薄膜在20～300℃溫升下包含兩步熱解過程，第1步為薄膜結合水蒸發過程，第2步為高溫下SA分子中相鄰羥基結合脫去水分子過程。對于S00膜，在初始溫升階段薄膜質量隨溫度升高而逐漸下降，下降速率（圖 6）先增大而后逐漸降低。在31℃附近失重速率達到最大且出現較大吸熱峰，這是由氫鍵結合水失水過程所引起，結合水在蒸發過程中導致35.15%薄膜質量丟失。溫度升高到180℃時SA膜開始分解。相鄰羥基結合脫去水分子，為放熱反應。在 192℃時分解速率達到最大，在275℃左右分解平衡。剩余30.58%的質量。

圖4 S00、S0和S3熱失重曲線Fig.4 Thermal gravity analysis of S00, S0 and S3 membranes

圖5 S00、S0和S3的DSC曲線Fig.5 Differential scanning calorimetry of S00, S0 and S3 membranes

圖6 S00、S0和S3熱失重速率曲線Fig. 6 Derivative thermal gravity of S00, S0 and S3 membranes

與S00相比較，S0膜在內部結合水蒸發過程中，速率明顯減緩，且質量只有17.62%的損失。這是因為交聯作用形成的“蛋-盒”三維結構對薄膜內部結合水有一定的握持作用[19]，分解過程中吸熱強度減弱。并且S0薄膜的分解溫度升高到188℃。并且在300℃薄膜相鄰羥基失水反應仍在繼續中，伴隨吸熱反應。說明Ca2+交聯作用使SA分子結合更為穩固。而S3膜內結合水分為兩種，羥基結合水及LiCl水合作用的LiCl·H2O，S3膜失水速率在3種薄膜中最大。LiCl·H2O水分子結合鍵能較氫鍵作用弱，易分解，同時也反映出添加LiCl的復合膜的水蒸氣透過量較高的原因。結合水失水過程伴隨強烈吸熱現象。在 187℃開始分解，與 S0薄膜相似，說明LiCl的加入并沒有影響薄膜的熱分解過程。

交聯作用降低了薄膜分解速率即提高了薄膜的穩定性。相比氫鍵作用，LiCl·H2O結合鍵能較弱，在受熱或其他驅動力時易分解，有利于薄膜水蒸氣的傳遞過程，這也說明復合膜水蒸氣透過量隨氯化鋰含量增加而增大的原因。SA膜在55℃左右基本完成結合水分蒸發過程，表明復合膜如表面有凝結水產生，可通過55℃的干燥空氣完成再生，恢復正常使用功能。

4.3 傅里葉變換紅外光譜分析

傅里葉變換紅外光譜儀可檢測復合薄膜表面的親水性官能團。在圖7中，對于支撐膜CA，3460 cm?1處為CA的羥基伸縮振動吸收峰，但振動不明顯，正如圖9所顯示出CA膜中含有少量的羥基。1748 cm?1處為C═O的伸縮振動峰，O═C—O酯內C—O對稱伸縮振動峰在1277 cm?1處，而1059 cm?1則是糖苷鍵C—O—C不對稱伸縮振動峰。與CA薄膜相比，C00薄膜在3338 cm?1處羥基的伸縮振動峰加強。C0薄膜在3352 cm?1處羥基的伸縮振動峰也十分明顯，并且氫鍵的存在導致該處吸收峰較寬，正如圖10分子式中顯示海藻酸鈉薄膜含有大量羥基。1436 cm?1是—COO—彎曲伸縮振動峰，與—OH彎曲振動和 O—C—C的對稱伸縮振動的合頻。1014 cm?1處為羥基的彎曲振動峰，與Ca2+與海藻酸鈉G段的氧原子耦合作用相關聯[20]。光譜圖8中無新波峰出現，說明LiCl的加入沒有引起新的化學鍵形成。同時表明氯化鋰與海藻酸鈉可相互共容。

圖7 CA、C00與C0膜的紅外光譜圖Fig.7 Spectra of CA, C00 and C0 membranes

圖8 復合膜的紅外光譜圖Fig.8 Spectra of laminated membranes

SA膜為復合膜引入大量羥基，提高了薄膜的親水性，同時表明不含氯化鋰的復合膜的水蒸氣透過性大于傳統紙膜的原因。

圖9 醋酸纖維素的分子結構式Fig.9 Molecular structural formula of CA

5 全熱交換器傳質系數分析計算

綜上測試及表征結果，由于復合膜C3的水蒸氣透過量上表現出較明顯的優勢，現分別對復合膜C3與傳統紙膜 TP制作的全熱換熱器 ERV-C3與ERV-TP進行傳質系數的分析與比較。

圖11為計算物理模型，參考文獻[21]中計算方法。

圖11 基本物理模型Fig.11 Basic physical model

文獻[22]指出在等溫邊界條件下，平行板流充分發展的層流區域，Nu=7.54。

在0～40℃，Le約為0.85。

圖10 海藻酸鈉的分子結構式Fig.10 Molecular structure of SA

薄膜表面吸濕性通過式(4)計算

傳質過程中有

薄膜的總的傳質系數為

其中，薄膜及換熱器參數如表6所示。

表6 薄膜與換熱器參數Table 6 Parameters of C3, TP and ERV

換熱器測試工況在GB/T 21087—2007規定的夏季工況(表7)下進行，氣流速度在0.04～0.1 kg·s?1變化，對應的通道內氣流的速度為0.4～1 m·s?1，對應的Re為100～250。

表7 夏季測試工況Table 7 Testing conditions in summer

可以得出

ERV-C3的傳質系數是 ERC-TP傳質系數的3.8DC3/DTP倍。

6 結 論

本文以海藻酸鈉為親水材料，氯化鋰為添加劑，制備了海藻酸鈉-醋酸纖維素除濕復合膜，從薄膜水蒸氣透過量、水溶性、結構表征及全熱換熱器分析中得出以下結論。

（1）復合膜水蒸氣透過量隨氯化鋰含量增加而增加，最大為4.42×10?5g·m?2·s?1·Pa?1，是無氯化鋰復合膜的1.56倍，商用紙膜的2.63倍。

（2）交聯的海藻酸鈉膜水溶性在 18.29%～28.55%，說明交聯作用提高了薄膜的防水性能，如凝結水存在時，短時間內對復合膜表面活性層影響不大；但長時間存在時，可及時55℃干燥空氣下實現復合膜再生。

（3）將復合膜應用到一定規格的全熱換熱器中，其傳質系數是傳統紙膜換熱器的3.8DC3/DTP倍。

符 號 說 明

C——薄膜吸附常數

cp——空氣比熱容，kJ·kg?1·K?1

D——水蒸氣在薄膜中的擴散系數，kg·m?1·s?1

d——氣體通道的寬度，m

h——對流傳熱系數，W·m?2·K?1

k——對流傳質系數，kg·m?2·s?1

Le——Lewis數

N——氣流通道數量

Nu——Nusselt數

UM——傳質系數，kg·m?2·s?1

δ——薄膜厚度，μm

θ——薄膜吸濕量，kg·kg?1

λ——氣體的熱導率，W·m?1·K?1

φ ——相對濕度，%

ωmax——薄膜最大吸濕量，kg·kg?1

下角標

e——排氣

m——薄膜

s——新風

w——水蒸氣

[1]葛天舒. 轉輪式兩級除濕空調理論與實驗研究[D]. 上海: 上海交通大學, 2008. GE T S. Theoretical and experimental investigation on a two-stage rotary desiccant cooling system[D]. Shanghai: Shanghai Jiao Tong University, 2008.

[2]LING J, HWANG Y, RADERMACHER R. Separate sensible and latent cooling[M]//Desiccant-Assisted Cooling. Springer, 2014: 143-187.

[3]蘇銘, 閔敬春. 通道構型對全熱換熱器性能的影響[J]. 清華大學學報(自然科學版), 2006, (8): 1485-1488. SU M, MIN J C. Channel structre effects on the performance of an enthalpy exchanger[J]. J. Tsinghua Univ. (Sci. & Tech.), 2006, (8): 1485-1488.

[4]張炎, 張立志, 項輝, 等. 基于親水/憎水復合膜的全熱交換器換熱換濕性能[J]. 化工學報, 2007, 58(2): 294-298. ZHANG Y, ZHANG L Z, XIANG H, et al. Performance of heat and mass transfer based on hydrophilic/hydrophobic composite membrane[J]. Journal of Chemical Industry and Engineering(China), 2007, 58(2): 294-298.

[5]ZHANG L Z, WANG Y Y, WANG C L, et al. Synthesis and characterization of a PVA/LiCl blend membrane for air dehumidification[J]. J. Membr. Sci., 2008, 308(1/2): 198-206.

[6]ZHANG L Z. Numerical study of heat and mass transfer in an enthalpy exchanger with a hydrophobic-hydrophilic composite membrane core[J]. Numerical Heat Transfer, Part A: Applications, 2007, 51(7): 697-714.

[7]ZHANG X R, ZHANG L Z, LIU H M, et al. One-step fabrication and analysis of an asymmetric cellulose acetate membrane for heat and moisture recovery[J]. J. Membr. Sci., 2011, 366(1/2): 158-165.

[8]LI Z X, ZHONG T S, NIU J L, et al. Conjugate heat and mass transfer in a total heat exchanger with cross-corrugated triangular ducts and one-step made asymmetric membranes[J]. Int. J. Heat Mass Transfer, 2015, 84: 390-400.

[9] ZHANG X R, ZHANG L Z, PEI L X. The analysis of moisture mass transfer resistance and permeability for a novel asymmetric membrane[J]. J.Eng. Thermophys., 2011, 32(8): 33.

[10]NIU J, ZHANG L. Membrane-based enthalpy exchanger: material considerations and clarification of moisture resistance[J]. J. Membr. Sci., 2001, 189(2): 179-191.

[11]YE X, LEVAN M D. Water transport properties of Nafion membranes(Ⅰ): Single-tube membrane module for air drying[J]. J. Membr. Sci., 2003, 221(1): 147-161.

[12]DI LANDRO L, PEGORARO M, BORDOGMA L. Interactions of polyether-polyurethanes with water vapour and water-methane separation selectivity[J]. J. Membr. Sci., 1991, 64(3): 229-236.

[13]ARISTOV Y I. New family of solid sorbents for adsorptive cooling: material scientist approach[J]. Journal of Engineering Thermophysics, 2007, 16(2): 63-72.

[14]GOH C H, HENG P W S, CHAN L W. Alginates as a useful natural polymer for microencapsulation and therapeutic applications[J]. Carbohydr. Polym., 2012, 88(1): 1-12.

[15]孫曉斌, 董銳, 張建勛, 等. 高親水性海藻酸鈉膜滲透汽化分離甲醇水溶液[J]. 化工進展, 2013, 34(1): 72-76. SUN X B, DONG R, ZHANG J X, et al. High water selectivity sodium alginate hybrid membranes for pervaporation of methanol/water mixtures[J]. Chem. Ind. Eng. Prog., 2013,34(1): 72-76.

[16]ZHANG L Z. A fractal model for gas permeation through porous membrane [J]. Int. J. Heat Mass Transfer, 2008, 51(21): 5288-5295.

[17] HAGEN A, SKJAK-BRAEK G, DORNISH M. Pharmacokinetics of sodium alginate in mice[J]. Eur. J. Pharm. Sci., 1996, (4): S100.

[18]KLINE S J, MCCLINTOCK F A. Describing uncertainties in single-sample experiments[J]. Mech. Eng., 1953, 75(1): 3-8.

[19]楊慶. 高強度殼聚糖纖維的制備及結構性能研究[D]. 上海: 東華大學, 2005. YANG Q. Study on the preparation, structure and properties of chitosan fibers with high tenacity[D]. Shanghai: Donghua University, 2005.

[20]PERRY C C, LI X, WATERS D N. Structural studies of gel phases(Ⅳ): An infrared reflectance and Fourier transform Raman study of silica and silica/titania gel glasses[J]. Spectrochimica Acta Part A: Molecular Spectroscopy, 1991, 47(9/10): 1487-1494.

[21]MIN J, DUAN J. Comparison of various methods for evaluating the membrane-type total heat exchanger performance[J]. Int. J. Heat Mass Transfer, 2016, 100: 758-766.

[22]KUEHN T H, RAMSEY J W, THRELKELD J L. Thermal Environmental Engineering[M]. 3rd ed. NJ: Prentice Hall, 1998: 246.

Preparation and dehumidification properties of sodium alginate-cellulose acetate composite membranes

XU Jingcui, ZHANG Chuanyu, GE Tianshu, DAI Yanjun, WANG Ruzhu
(Institute of Refrigeration and Cryogenic, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China)

In order to improve dehumidification efficiencies of membrane-based energy recovery ventilator (ERV), composite membranes based on cellulose acetate, sodium alginate and lithium chloride (LiCl) were fabricated. Cellulose acetate was adopted as supporting constructions and sodium alginate and LiCl were the corresponding active layer and hydrophilic additive. Then their key characteristics were tested and analyzed to investigate practical performance in the ERV. The highest permeance of composite membranes reaches up to 4.42×10?5g·m?2·s?1·Pa?1, which is 1.56 and 2.63 times higher than those of the asymmetric membrane without LiCl and the traditional commercial paper, respectively. Water solubility of the modified active layer ranges from 18.29% to 28.55% for cross-linking improves the waterproofness. Moreover, thermal gravity curves indicate membranes can be regenerated by contacting 55℃ dry air. Fourier transform infrared spectra illustrates that there are plenty of hydrophilic hydroxyl groups on the surface of composite membranes. Finally, the total mass transfer of ERV composed by the composite membranes is analyzed and compared with the commercial one. These properties demonstrate this membrane has great potential to be applied on the ERV.

composites; membranes; preparation; air dehumidification; water vapor permeance; lithium chloride

Prof. GE Tianshu, baby_wo@sjtu.edu.cn

TK 124

：A

：0438—1157（2017）01—0256—08

10.11949/j.issn.0438-1157.20160791

2016-06-08收到初稿，2016-10-08收到修改稿。

聯系人：葛天舒。

：許晶翠（1990—），女，碩士研究生。

國家自然科學基金項目（51576121）。

Received date: 2016-06-08.

Foundation item: supported by the National Natural Science Foundation of China (51576121).