聚偏氟乙烯中空纤维膜制备技术研究

摘要

聚偏氟乙烯(PVDF)因其良好的化学和热稳定性，近年来在膜分离技术中受到人们的重视，得到广泛应用。在规模化应用过程中发现，膜污染问题已经成为影响PVDF膜及其它滤膜实际运行中膜性能、膜寿命等的关键问题。对此，国内外的研究大多集中在膜本体材料的选择，膜材料表面的改性等方面，但是通过改变膜的几何形态来增强膜抗污染性能的研究少见于文献。
　　 为降低蛋白等有机物在膜材料表面的吸附，增强膜材料的抗污染性能，本论文通过对干湿相转化法制膜过程中铸膜液及芯液挤出频率及强度的调节，研制出内径呈规则性波动的异径聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维微孔膜。系统研究了异径膜的波动周期、内径比对膜强度、通量及其耐污染性的影响规律。结果表明，随着波动周期的减小、内径比的增加，膜丝的始泡点压力略有减小，通量显著提高。波动周期为5.0cm时，膜的内径比从1.0增加到1.4时，纯水通量由180 L·m-2·h-1增至260 L·m-2·h-1；内径比为1.3时，膜丝从无波动至波动周期减小到4.0cm时，纯水通量由180 L·m-2·h-1提高至234L·m-2·h-1。
　　 此外，实验采用超滤操作方式，系统研究了PAM溶液、卵清蛋白溶液、三氯化铁溶液、煤油乳液等不同污染物对等径和异径膜丝的污染情况，同时也采用两种不同规格的膜丝在卵清蛋白溶液中做了膜蒸馏实验对比。为了测试膜丝长时间运行下的耐污染性能，分别对石化废水做了超滤和膜蒸馏的浓缩实验，并且对膜丝内表面污染情况做了SEM、XPS分析，以上实验和测试结果均显示异径膜丝对于减缓膜污染具有较好的效果。
　　 最后论文采用COMSOL Multiphysic软件对两种膜丝内部流体流动状态做了模拟分析，发现异径膜丝内部流体呈现脉冲式的扰动，进一步验证了异径膜丝较等径膜丝具有较好的耐污染性能。