含氟高分子微孔膜的制备及膜蒸馏应用研究

摘要

膜蒸馏是一种新型蒸汽热驱动分离的新兴技术，其商业化发展却受到了相关膜蒸馏专用膜的限制。至今，仍然缺乏具有高性能且无分层的、针对膜蒸馏技术开发的专用膜。 本文提出使用复合相分离法（NTIPS，即：非溶剂致相分离法联合热致相分离法）制备用于膜蒸馏（MD）应用的新型亲疏水双层复合膜。所制备的双层膜由相对薄的疏水性聚偏氟乙烯（PVDF）顶层和相对厚的亲水性聚偏氟乙烯和聚乙烯醇共混（PVDF-PVA）底层组成。通过采用简单的一步共铸工艺，获得了无分层的亲疏水双层膜。电子扫描显微镜（SEM）观察膜上下表面及截面形貌结构，傅立叶变换红外光谱仪（ATR-FTIR）晶型分析表明膜形成机理，其中疏水性顶层通过NTIPS机理形成，导致在其下形成指状孔的超薄较致密皮层；而亲水性亚层由热致相分离法（TIPS）诱导形成，产生具有高度连通性的胞状孔结构。 研究了PVDF/PVDF-PVA亲疏水双层复合膜在不同操作条件下的直接接触式膜蒸馏（DCMD）性能，结果表明渗透通量随着流量的增加而增加;而料液盐含量在一定范围内对其影响不显著，疏水面朝向料液侧的模式的渗透通量明显高于亲水面朝向料液侧模式。随着疏水层PVDF浓度含量的增加，膜结构中指状孔越来越短，通量略微降低。凝胶浴温度影响成膜机理，对膜结构变化和膜通量有显著影响。通过膜厚度研究，调节平衡通量性能和机械强度之间的关系。在此研究基础上，20℃凝胶浴下制备出120μm的15wt%的PVDF疏水层浓度的PVDF/PVDF-PVA亲疏水双层复合膜，该膜在连续的MD运行中表现出稳定的脱盐率（≥99.5％），并且在80℃下的渗透通量高达165.3kg·m-2·h-1，这显著高于文献中报道的MD膜。 在亲疏水双层复合膜应用于工业有机肥浓缩方面也开展了研究，考察了亲疏水双层复合膜的DCMD性能及其耐污染特性。膜的渗透通量在70℃料液温度下高达87kg·m-2·h-1。同时，膜表面的沉淀附着物很容易通过水清洗。与市售聚四氟乙烯（PTFE）膜相比，该膜在15小时连续操作中表现出优异的耐污染特性。

目录

声明

引言

1文献综述

1.1膜蒸馏概述

1.1.1膜蒸馏研究历史及背景

1.1.2膜蒸馏技术原理

1.1.3膜蒸馏分类

1.1.4膜蒸馏技术的发展及展望

1.2膜蒸馏用膜

1.2.1膜蒸馏用膜特点

1.2.2亲疏水双层膜的提出

1.3膜蒸馏特征

1.4膜蒸馏优缺点

1.5膜蒸馏的应用

1.5.1海水淡化

1.5.2脱除回收水溶性挥发物质

1.5.3浓缩过程

1.6课题的提出、研究内容与创新点

1.6.1研究课题的提出

1.6.2研究目的

1.6.3研究内容

1.6.4课题创新点

2复合相分离法制备亲疏水双层复合膜PVDF/PVDF-PVA

2.1引言

2.2实验材料

2.2.1原料及试剂

2.2.2主要使用仪器

2.3实验方法

2.3.1 PVDF/PVDF-PVA亲疏水双层复合膜的制备

2.3.2 PVDF单层膜的制备

2.3.3 PVDF/PVDF-PVA亲疏水双层复合膜的形貌结构表征

2.3.4 PVDF/PVDF-PVA亲疏水双层复合膜表面结晶结构分析

2.3.5 PVDF/PVDF-PVA亲疏水双层复合膜孔隙率和平均孔径的测定

2.3.6 PVDF/PVDF-PVA亲疏水双层复合膜液体进入压（LEP）的测定

2.3.7 PVDF/PVDF-PVA亲疏水双层接触角的测定

2.3.8 PVDF/PVDF-PVA亲疏水双层复合膜拉伸强度的测定

2.4结果与讨论

2.4.1 PVDF/PVDF-PVA亲疏水双层复合膜形态结构

2.4.2 PVDF/PVDF-PVA亲疏水双层复合膜的相分离机理

2.4.3 PVDF/PVDF-PVA亲疏水双层复合膜的性能特性

2.4.4疏水层的PVDF浓度对PVDF/PVDF-PVA亲疏水双层复合膜结构的影响

2.4.5凝胶浴温度对PVDF/PVDF-PVA亲疏水双层复合膜结构的影响

3 PVDF/PVDF-PVA亲疏水双层复合膜应用在膜蒸馏中的过程研究

3.1引言

3.2实验材料

3.2.1试剂及原料

3.2.2主要仪器设备

3.3实验方法

3.3.1直接接触膜蒸馏（DCMD）装置

3.4结果与讨论

3.4.1 DCMD中，操作工艺参数对膜蒸馏性能的影响

3.4.2 DCMD中，PVDF/PVDF-PVA亲疏水双层复合膜的成膜条件对膜蒸馏性能的影响

3.4.3 PVDF/PVDF-PVA亲疏水双层复合膜及其他膜蒸馏用膜的性能比较

3.4.4 PVDF/PVDF-PVA亲疏水双层复合膜在DCMD过程中持续运行的探究

小结

4膜蒸馏浓缩有机肥研究

4.1引言

4.2实验过程

4.2.1膜材料

4.2.2料液

4.2.3 DCMD性能评估

4.3结果与讨论

4.3.1膜特性

4.3.2有机肥料与合成盐水作为料液侧的渗透通量对比

4.3.3膜表面污染

4.3.4不同膜之间的抗污染性能比较

小结

5结论与展望

参考文献

在学研究成果

致谢