内皮层中空纤维渗透汽化膜组件组装及其稳定性研究

摘要

渗透汽化在解决许多分离难题领域具有重要的应用前景，发展渗透汽化膜材料和膜组件是这项技术工业应用的核心和关键。中空纤维膜组件具有装填密度大、自支撑结构，自真空通道和低成本等许多独特的优势，发展不对称中空纤维渗透汽化膜组件越来越受到人们的关注。本课题在前期研究的基础上，采用动态负压层层吸附（LbL）技术制备中空纤维聚电解质渗透汽化膜组件，利用Zeta电位监测聚电解质多层膜的增长情况，深入研究了在聚电解质多层复合膜制备过程中循环流速，装填密度，纤维长度和负压侧真空度对聚电解质多层膜形成的影响。结果显示，在低循环流速和高负压侧真空度条件下制备的中空纤维聚电解质复合膜，其内表面较为致密，能够获得较好的渗透汽化性能。确定适宜的制备条件为：循环流速0.3 m/s，负压侧真空度-0.08 MPa，装填密度小于400㎡/m3。1米长的中空纤维聚电解质膜组件仍然具有较高的渗透汽化性能，其抽吸口处的真空降较为明显，但整个组件内的真空降对渗透汽化性能影响较小。此外，利用动态LbL技术制备了不同规格的中空纤维膜组件，均获得了较好的渗透汽化性能。
　　 本研究进一步考察了盐、pH和氧化剂等不同后处理环境条件对中空纤维聚电解质膜渗透汽化稳定性能的影响。研究结果表明，当NaCl溶液浓度在0.5 mol/L以下，pH在2-13之间时，聚电解质膜在处理后渗透汽化性能下降，在冲洗干燥后性能仍可部分恢复。但是当NaCl溶液浓度大于1.0 mol/L，pH为1或者14时，聚电解质膜的渗透汽化性能在处理3个周期后很难恢复到处理前的水平，用氧化剂处理后的聚电解质膜渗透汽化性能下降且不可恢复。通过扫描电镜，原子力显微镜，光学显微镜和Zeta电位仪对不同溶液后处理前后的膜表面进行了表征，聚电解质多层膜在用不同溶液后处理后，原本致密均匀的表面出现了不同程度的破坏，其表面粗糙度下降，表明有部分聚电解质脱落。Zeta电位结果表明：用不同溶液处理后膜表面的电荷也发生了改变。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 渗透汽化概述

1.1.1 渗透汽化过程原理

1.1.2 渗透汽化过程的影响因素

1.1.3 渗透汽化膜性能的评价指标

1.1.4 渗透汽化膜组件形式

1.1.5 国内外中空纤维渗透汽化膜研究课题组

1.2 中空纤维复合膜的制备方法和应用

1.2.1 中空纤维复合膜的制备方法

1.2.2 中空纤维复合膜的应用

1.3 聚电解质多层膜

1.3.1 聚电解质材料

1.3.2 聚电解质多层膜影响因素

1.4 本课题研究的目的和意义

1.5 本课题研究的主要内容

1.6 课题来源

第2章 实验部分

2.1 实验材料与设备

2.1.1 实验材料与试剂

2.1.2 实验设备

2.2 中空纤维聚电解质复合物膜的制备方法

2.2.1 PAN基膜水解改性方法

2.2.2 动态负压LbL制备中空纤维聚电解质复合物膜方法

2.2.3 中空纤维后处理实验

2.2.4 石英基片上多层膜的制备

2.3 中空纤维聚离子复合物膜渗透汽化评价装置及方法

2.4 中空纤维膜渗透汽化性能分析及计算方法

2.4.1 进料液及透过液分析

2.4.2 膜渗透汽化性能计算方法

2.5 中空纤维膜改性及处理前后表征

2.5.1 Zeta电位测试

2.5.2 扫描电镜

2.5.3 原子力显微镜

2.5.4 光学显微镜

2.5.5 红外光谱

第3章 单内皮层中空纤维渗透汽化膜中试组件的动态自组装

3.1 应用ZETA电位监测膜的生长情况

3.2 负压侧真空度和循环流速对渗透汽化性能的影响

3.3 装填密度的影响

3.4 纤维长度的影响

3.5 不同聚电解质派对的渗透汽化性能

3.5.1 PEI/PAA与PDDA/PSS的比车交

3.5.2 PDDA/PSS浓度的影响

3.6 不同规格中空纤维聚电解质膜组件的渗透汽化性能

3.7 本章小结

第4章 不同后处理条件对聚电解质渗透汽化膜性能的影响

4.1 不同后处理条件的影响

4.1.1 盐和氧化剂的影响

4.1.2 酸和碱的影响

4.2 SEM表征

4.3 AFM表征

4.4 光学显微镜表征

4.5 ZETA电位测量

4.6 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢