羟基诱导结晶相转化制备膜蒸馏用超疏水PVDF膜

摘要

膜蒸馏过程是以疏水微孔膜为分离介质的高效膜分离过程，近年来在水处理领域得到广泛关注。提高膜的疏水性是进一步提高膜蒸馏性能的关键。浸入相转化法制备疏水膜具有广阔的应用前景，若能通过浸入相转化法制备出超疏水膜，则有望极大改善膜蒸馏性能。针对上述目标，本文围绕制备膜蒸馏用超疏水膜的主题，主要研究内容及结果如下:
　　本文通过溶胶-凝胶法制备不同粒径二氧化硅，将二氧化硅添加到PVDF铸膜液中，利用浸入相转化法制备了PVDF平板疏水膜。当二氧化硅粒径为251nm、其表面羟基含量为0.94mmol/g和浓度为1.5wt.％时，水接触角达152.6°，膜蒸馏通量达27.4kg/(m2·h)，相比于未添加二氧化硅的膜，提高了1.7倍;膜稳定运行时间为原PVDF膜的2倍。
　　通过XRD、FTIR、DSC等测试方法，研究了二氧化硅与PVDF之间的相互作用力及其在相转化过程的作用原理。二氧化硅表面羟基与PVDF形成氢键，通过氢键作用，二氧化硅诱导PVDF结晶，膜下表面生成具有微纳结构的微球结构，从而制得超疏水膜。同时，二氧化硅表面羟基增加了铸膜液的亲水性，促进前期相分离，膜的孔径和孔隙率增加。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 膜蒸馏

1．1．1 膜蒸馏原理

1．1．2 膜蒸馏分类

1．1．3 膜蒸馏应用

1．1．4 膜蒸馏的优缺点

1．2 疏水膜

1．2．1 疏水膜的种类

1．2．2 疏水膜制备工艺

1．2．3 浸入相转化法制备PVDF疏水膜

1．3 PVDF疏水膜疏水化改性

1．3．1 添加非溶剂调控PVDF膜结构

1．3．2 添加无机纳米粒子调控PVDF膜结构

1．3．3 添加无机盐调控PVDF疏水膜结构

1．4 超疏水膜

1．4．1 超疏水膜的制备

1．4．2 超疏水膜的应用优势

1．4．3 超疏水膜在膜蒸馏中待解决的问题

1．5 本论文研究意义及内容

1．5．1 本论文研究目的和意义

1．5．2 本论文研究内容

第二章 实验

2．1．1 实验仪器

2．1．2 实验试剂

2．2 实验方法

2．2．1 二氧化硅分析

2．2．2 铸膜液分析

2．2．3 PVDF平板疏水膜形貌及性能测试

第三章 二氧化硅粒径及表面羟基含量对膜结构和性能的影响

3．1 二氧化硅的制备

3．2 二氧化硅分析

3．2．1 二氧化硅粒径

3．2．2 不同粒径二氧化硅红外光谱

3．2．3 不同粒径二氧化硅热失重

3．3 PVDF平板疏水膜的制备

3．4 铸膜液粘度测试

3．5 膜结构与性能分析

3．5．1 膜的SEM

3．5．2 膜下表面粗糙度

3．5．3 膜下表面接触角

3．5．4 膜的孔径、孔隙率和气通量

3．6 膜蒸馏分析

3．7 二氧化硅颗粒在相转化和膜结构形成中的机理探究

3．7．1 PVDF在膜中晶型分析

3．7．2 平板膜中二氧化硅和PVDF之间相互作用分析

3．7．3 膜结构形成机理研究

3．8 本章小结

第四章 二氧化硅含量对膜结构和性能的影响

4．1 PVDF平板疏水膜的制备

4．2 镑膜液粘度和透光性测试

4．2．1 铸膜液粘度测试

4．2．2 铸膜液透光性测试

4．3 膜结构与性能分析

4．3．1 膜的SEM

4．3．2 膜下表面粗糙度

4．3．3 膜下表面接触角

4．3．3 膜的孔径、孔隙率和气通量

4．4 膜蒸馏分析

4．5 二氧化硅颗粒在相转化和膜结构形成中的机理探究

4．5．1 PVDF在膜中晶型分析

4．5．2 平板膜的EDX分析

4．5．3 平板膜中二氧化硅和PVDF之间相互作用分析

4．5．4 膜结构形成机理研究

4．6 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 主要创新点

5．3 研究展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢