PDMS/PVDF复合膜制备及渗透蒸发分离水中酚的研究

摘要

工业含酚废水具有极其广泛的来源，其对自然水体危害巨大。渗透蒸发分离技术相对于传统生物处理技术而言，具有能耗低、运行操作简单、二次污染小等一系列优势。渗透蒸发膜材料是渗透蒸发技术的核心，单一的渗透蒸发膜材料通常不能完全满足目标污染物的去除要求，因此需要对膜材料进行改性以期提高成膜的选择性和有机物透过通量。聚偏氟乙烯作为优良的制膜材料已经被大量应用，其具有通量大、分离效果好、易清洗的特点，但是其疏水性相对较弱，遇有机物容易发生溶胀等，这些问题都有待于进一步研究。聚二甲基硅氧烷具有较佳的疏水性能，常被用作渗透蒸发膜的活性皮层，是渗透蒸发领域常用膜材料；但是PDMS相对较差的成膜能力和较低的选择渗透性限制了其规模化的应用。
　　为提高膜的选择性和有机物通量，本文通过相转换法共混 PDMS和PVDF制备了非对称的渗透蒸发用膜。
　　首先，本文以聚偏氟乙烯为膜材料，以氮-氮二甲基乙酰胺为溶剂，以聚乙烯比咯烷酮为添加剂，利用相转换法制备 PVDF平板膜。对成膜的接触角、机械强度、水通量、截留率做了表征测定，并利用 SEM观察了成膜的形貌结构，分别探究了聚偏氟乙烯 PVDF浓度、聚乙烯吡咯烷酮 PVP添加量、铸膜液温度、蒸发时间和凝固浴温度对膜结构和性能的影响。研究得到强化后的 PVDF平板膜制备条件：PVDF浓度18wt%，PVP浓度3wt%，铸膜液温度50℃，蒸发时间40 s，凝固浴温度20℃。
　　其次，在强化后的PVDF制膜体系下，以 PVDF为膜基体并添加 PDMS共混制备 PDMS/PVDF渗透蒸发平板膜。通过 SEM、孔径分析、接触角、机械性能、微滤性能、红外测试、EDS能谱测试，研究了不同 PDMS/PVDF质量比对共混平板膜结构和性能的影响。综合考虑和分析实验数据以后， PDMS/PVDF质量比为1/10时，膜具有较好的形貌结构和较大的接触角，达到82.92°，此时复合膜综合性能最优。
　　然后，参考强化后的 PDMS/PVDF共混平板膜制膜体系，添加 PDMS共混制备 PDMS/PVDF中空纤维复合膜。通过 SEM、接触角、机械性能、耐压测试、微滤性能、EDS能谱测试、热重 TG分析、XRD分析，考察了不同 PDMS/PVDF质量比对中空纤维复合膜结构性能的影响。实验表明， PDMS/PVDF质量比为1/20时中空纤维膜综合性能最优。
　　最后，组装平板膜和中空纤维膜渗透蒸发膜组件，将PDMS/PVDF共混膜应用于含酚水的渗透蒸发过程，探究了PDMS的加入对共混膜渗透蒸发性能的影响，并考察了膜后真空度、料液流速、料液温度等操作参数对复合膜渗透蒸发性能的影响。研究表明，PDMS的存在大大提高了复合膜的渗透蒸发性能，当渗透侧真空度60 kPa、料液流速2 L/min、料液温度50℃时，复合膜具有最佳的渗透蒸发性能，此时膜渗透通量为26.44 g/(m2·h)，分离因子为4.9。

目录

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 含酚废水来源

1.3 含酚废水的危害

1.4 含酚废水的处理方法

1.5 渗透蒸发技术

1.6课题研究目的与意义

1.7 课题主要研究内容

第2章 实验材料和方法

2.1 实验仪器与材料

2.2 膜制备过程

2.3 膜结构性能表征

2.4膜组件组装

2.5渗透蒸发性能评价

第3章 PVDF平板膜的制备与工艺优化研究

3.1 引言

3.2 PVDF平板膜制备及其结构性能分析与讨论

3.3 本章小结

第4章 PDMS/PVDF复合膜的制备与表征研究

4.1 引言

4.2平板膜制备及其结构性能分析与讨论

4.3 中空纤维膜制备及其结构性能分析与讨论

4.4 本章小结

第5章 复合膜渗透蒸发性能的研究

5.1 引言

5.2 PDMS/PVDF质量比对复合膜渗透蒸发性能的影响

5.3渗透蒸发运行参数探究

5.4工业化应用展望

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及其他成果

声明

致谢