应用于膜蒸馏过程的PVDF中空纤维膜的制备及超疏水改性

摘要

膜蒸馏技术是一种将膜技术与蒸馏过程相结合的新型膜分离技术，在化工分离与浓缩、海水淡化和工业废水处理等领域具有广阔的应用前景。但是迄今为止，膜蒸馏技术仍未实现大规模应用，阻碍其工业化的原因之一就是缺乏性能优良的膜蒸馏过程专属用膜。
　　本文通过TIPS法制备出了适用于膜蒸馏过程的PVDF中空纤维膜，并对其进行了超疏水改性，以达到提高膜通量和降低膜污染的目的，为膜蒸馏技术的发展和应用奠定了基础。
　　本论文以溶解度参数法则和介电常数为依据，探讨了以DOS、DOA代替DOP配制铸膜液的可行性，以PVDF/γ-BL/DOP、PVDF/γ-BL/DOA和PVDF/γ-BL/DOS为铸膜液体系制备PVDF平板膜，并对膜结构与性能进行了表征。结果表明，以PVDF/γ-BL/DOS为铸膜液体系制备的膜断面中出现了双连续结构，且具有最大的孔隙率和拉伸强度。
　　以PVDF/γ-BL/DOS为铸膜液体系，氮气为成腔流体、水为凝固浴，采用TIPS法制备了渗透性能优异的具有双连续结构的PVDF中空纤维膜，探讨了不同的制膜条件对中空纤维膜结构及性能的影响。所制备的中空纤维膜的孔隙率达到84.36％，拉伸强度达6.941MPa，进料液为90℃时的膜蒸馏通量达到77.6kg/m2?h，表现出良好的机械强度和透过性能。
　　以PVDF/DMAc/PG为涂覆液，采用溶液浸泡法在PVDF中空纤维膜表面构建起微纳级乳突结构涂覆层，制备了超疏水PVDF中空纤维膜，研究了不同的改性条件对中空纤维膜结构及性能的影响。所制备的超疏水PVDF中空纤维膜的表面接触角达到了156.6°。
　　利用未改性的原膜与改性后的超疏水膜进行了一系列膜蒸馏实验，对改性前后中空纤维的通量与性能进行了对比。虽然在运行初期，改性膜的膜蒸馏通量略小于原膜，但是随着运行时间的延长，改性膜的膜蒸馏通量衰减缓慢，并表现出优良的抗润湿性、抗污染性及稳定性。
　　另外，本论文以酯基碳纳米管 MWCNT-(COOC16H31)n为填料制备了导热PVDF复合膜，并对铸膜液进行电场定向，研究了 MWCNT-(COOC16H31)n含量和电场定向作用对膜结构及性能的影响，为其日后在换热器领域的应用奠定了基础，推进了导热高分子材料的发展。

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第一章 绪论

1.1 膜蒸馏技术

1.2 TIPS法

1.3 超疏水

1.4 本课题研究目的与内容

第二章 铸膜液体系的确定

2.1 前言

2.2 实验部分

2.3 结果讨论

2.4 本章小结

第三章 PVDF中空纤维膜的制备与性能研究

3.1 制膜体系的选择

3.2 中空纤维膜的制备

3.3 中空纤维膜的表征

3.4 中空纤维膜的性能

3.5 本章小结

第四章 PVDF中空纤维膜的超疏水改性

4.1 前言

4.2 实验部分

4.3 结果讨论

4.4 本章小结

第五章 改性膜与原膜的性能对比

5.1 前言

5.2 实验部分

5.3 结果讨论

5.4 本章小结

第六章 导热PVDF复合膜的制备与性能研究

6.1 前言

6.2 实验部分

6.3 结果讨论

6.4 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 创新点

7.3 展望

参考文献

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致谢