用于除湿/全热回收的聚砜微孔膜的制备及亲水化改性

摘要

随着人们生活水平的提高，空调得到了前所未有的快速发展，其高能耗是造成当前电力供应紧张的主要原因之一，空调节能对于缓解能源紧张有重要作用。膜全热交换器由于能同时回收空气中的显热和潜热，降低空调的能耗，因而具有广阔的发展前景
　　 目前，用于除湿的膜大多为复合膜。复合除湿膜是由亲水性致密皮层和多孔支撑层构成，具有高选择性和高渗透性等优点。要获得高性能的复合除湿膜，不仅要求皮层薄，而且要求支撑层是具有一定亲水性的指状通孔结构的非对称多孔膜。聚砜(PSF)因其极好的化学稳定性、成膜性而成为常用的支撑层材料，但PSF极强的疏水性限制了其在除湿膜中的应用。因此，对PSF膜进行亲水化改性是制备高效支撑层的有效途径。
　　 本文采用相转化法制备了PSF多孔支撑膜，并对其透湿性能和微观结构进行测试与表征，从本质上探讨铸膜液中固含量对膜结构和透湿性能的影响。实验发现：所制备的PSF膜是具有指状通孔结构的多孔膜；膜的平均孔径和孔隙率随铸膜液中致孔剂的含量和分子量的增大而增大，随铸膜液中PSF含量的升高而降低。同时，对膜的透湿性能进行测试。实验发现，致孔剂的含量和分子量越大，PSF含量越低时，膜的透湿性能越高。
　　 在此基础上，将聚偏氟乙烯和聚砜共混，用相转化法研制高孔隙率微孔膜，并通过对膜性能的测试与微观结构表征，考察了PVDF分子量以及PVDF/PSF配比对膜孔径和孔隙率的影响。实验结果表明：PVDF分子量对共混膜性能影响不大，提高PVDF的比例则能够有效改善膜的内部结构。
　　 然后用SMA与CTAB对其进行亲水化改性，降低膜表面的粗糙度，提高其亲水性。结合结构表征结果，揭示增强膜透湿性能的机制，以获得用于制备复合除湿膜的高性能多孔支撑膜。复合膜的性能由其支撑层和功能层共同决定，若支撑层孔径太大，复合膜的皮层可能出现缺陷，因而实验测试了膜的孔径分布率。结果表明，膜孔属于微孔结构，且孔径分布较为均匀。

目录

文摘

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论文说明：主要符号表

声明

第一章 绪论

1.1 我国能源形势

1.2 空调除湿及热回收

1.2.1 我国空调的能耗现状

1.2.2 空调除湿及热回收技术

1.3 全热换热器

1.3.1 转轮式全热换热器

1.3.2 板翅式全热换热器

1.3.3 热泵式全热换热器

1.3.4 膜基全热换热器

1.4 膜法除湿的研究

1.4.1 膜法除湿的研究背景

1.4.2 水蒸气在膜中的渗透行为

1.4.3 膜法除湿的应用

1.5 除湿膜的种类及复合膜的分类

1.5.1 除湿膜的种类

1.5.2 复合膜的分类

1.6 聚砜膜的亲水化改性

1.6.1 共混改性

1.6.2 金属化改性

1.6.3 化学接枝

1.6.4 光化学法

1.6.5 低温等离子法

1.7 本课题研究目的及主要内容

1.7.1 课题研究目的及意义

1.7.2 课题研究的主要内容

第二章 实验装置及分析方法

2.1 引言

2.2 除湿膜性能测试系统原理及计算方法

2.2.1 湿交换效率的测定

2.2.2 渗透速率和总传质系数的测定与计算

2.2.3 CO2渗透性能测试系统原理

2.3 膜表征方法

2.3.1 扫描电镜分析

2.3.2 原子力显微镜分析

2.3.3 接触角测量

2.3.4 快速比表面及孔隙率测定仪(ASAP)分析

2.3.5 水蒸气吸附性能测试

第三章 PSF微孔膜的制备及其透湿性能

3.1 引言

3.2 实验材料与主要仪器与设备

3.2.1 实验材料

3.2.2 主要仪器与设备

3.3 PSF微孔膜的制备

3.3.1 铸膜液的配制

3.3.2 聚砜膜的制备工艺

3.4 铸膜液中固含量对膜结构与性能的影响

3.4.1 聚砜浓度对膜透湿性能的影响

3.4.2 添加剂(PVP)含量对膜透湿性能的影响

3.4.3 扫描电镜(SEM)分析

3.4.4 聚乙二醇对膜透湿性能的影响

3.4.5 铸膜液中固含量对膜CO2渗透量的影响

3.5 本章小结

第四章 聚合物共混的理论基础及PSF/PVDF共混膜的制备

4.1 引言

4.2 聚合物共混的理论墓础

4.2.1 聚合物之间的相容性

4.2.2 相容性理论的热力学基础

4.2.3 相容性的预测

4.2.4 聚合物共混物的形态结构

4.3 相转化法制备共混膜的成孔机理

4.4 PSF/PVDF共混膜的制备与性能研究

4.4.1 PSF/PVDF共混膜的制备

4.4.2 共混膜的性能测试与表征

4.5 本章小结

第五章 PSF/PVDF共混膜的亲水化改性

5.1 引言

5.2 实验结果与讨论

5.2.1 添加剂的种类与含量对膜湿交换效率的影响

5.2.2 CTAB含量对膜水蒸气吸附量的影响

5.2.3 原子力显微镜AFM分析

5.2.3 静态接触角的测量与分析

5.2.4 孔径分布律的测量与分析

5.3 本章小结

结论与展望

结论

展望与建议

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢