兼具高通量和耐油污染的亲/疏水复合膜及其膜蒸馏性能
发布时间：2021-11-23 05:52
膜蒸馏（MD）是一种以疏水多孔膜为物理屏障、以膜两侧蒸汽压差为传质推动力的热驱动型膜分离技术,在海水淡化和高盐废水处理与回用等脱盐领域具有良好的应用前景。但膜通量较低、膜易污染和润湿等问题始终限制着膜蒸馏技术的发展与应用。近年来,在提高膜蒸馏膜通量和增强膜耐污染/润湿能力这两个方面已经各自有了较大进展,但当前的研究方案还难以将这两者兼顾,即在膜通量提升和耐污染性增强之间存在一种trade-off效应,这使得当前膜蒸馏膜的综合性能及其应用稳定性仍需进一步增强。因此,研制兼具高通量和耐污染/润湿性的膜蒸馏膜具有重要意义和应用价值。本论文主要是针对如何突破上述trade-off效应,从新型亲/疏水Janus复合膜的构建角度开展了相关研究。1)在商业化聚四氟乙烯（PTFE）疏水微滤膜表面依次通过多巴胺（DA）自聚、银纳米颗粒（AgNPs）原位固定、聚多巴胺（PDA）超薄封装的多级修饰,分别制备了 P-PTFE、Ag/P-PTFE和P/Ag/P-PTFE三种亲/疏水Janus复合膜,并对膜的表面形貌、化学组成等物理化学性质进行了表征。与原始PTFE膜相比,复合膜表面孔径略有下降但依然保持表面多孔...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)北京市
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１４１??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｍｅｍｂｒａｎｅ?ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ１４１??
简单的膜蒸馏构型，在四种类型中出现最早，相关??研宄和应用也最多［２］ＱＤＣＭＤ易于通过调整参数进行控剞，可以不另设冷凝设备，??且易于在水处理中得到应用［５，６］。然而由于ＤＣＭＤ中膜的两侧直接与热料液、和??冷凝液接触，因此热损失也较为严重，对跨膜传质推动力有一定的负面影响［７］。??ｉ?ｔ?Ｉ?丨?ｉ?ｔ?一一?Ｉ??Ｉ４?？?ｊ??■Ｉ‘?Ｃｘｘ＾ｎ＆?Ｉ?Ｉ?Ｃｏｃ＾ｍ?■??■?Ｉ?■＇?Ｉ??Ｉ?ｔ?＾１?Ｉ?ｔ??Ｉ?＾?＿??ｆ?二?Ｊ?卜－［：堯?Ｉ??图１．２膜蒸馏的四种构型［４１??（ａ）直接接触式膜蒸馏，（ｂ）气隙式膜蒸馏，（ｃ）吹扫式膜蒸馏，（ｄ）真空膜蒸馏??Ｆｉｇ．?１．２?Ｆｏｕｒ?ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ｍｅｍｂｒａｎｅ?ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ１４１??（ａ）?ＤＣＭＤ，?（ｂ）?ＡＧＭＤ，?（ｃ）?ＳＧＭＤ，?（ｄ）ＶＴＶＩＤ??ＡＧＭＤ中（图１．２ｂ）膜与下游的冷凝液被气隙分隔，挥发组分的蒸汽穿过??膜孔和气隙，在冷凝板上冷凝后被收集。由于膜与下游料液不直接接触，传质过??程中的热损失减小，热效率有所提升［８］。此外，ＡＧＭＤ也可以用原料液作为冷凝??液，不须另外设置冷凝器［９］。同时，ＡＧＭＤ通量受到膜厚度的影响也不明显，但??由于气隙的传质阻力较大ＡＧＭＤ的通量一般也比较低［１（），１１］。??ＳＧＭＤ?（图１．２ｃ）在膜的下游设置气体吹扫装置，利用吹扫气将蒸汽输送至??冷凝器并收集，也可以起到减少热损失的作用。通过控制吹扫气体的流量，ＳＧＭＤ??可以达到较大的渗透液回收率［１（）］。但ＳＧＭＤ需要另外设置冷凝装置，且吹扫气??的动力消耗比较大，实用性比
?兼具高通量和耐油污染的亲／疏水复合膜及其膜蒸馏性能???此外，聚乙烯（ＰＥ）膜虽然热稳定性较弱，但具有较强的化学稳定性，也在一??些膜蒸馏研究中得到了应用［３２，３３］。聚醚砜（ＰＥＳ）具有优良的热稳定性、化学稳??定性和机械强度，经过疏水化改性［３４］或者与ＰＶＤＦ等材料共混［３５］也可以用于膜??蒸馏膜的制备。??９ＨＨＩ??图１．３不同方法制备的多孔膜表面形貌??（ａ）拉伸法｜３６１，（ｂ）相转化法｜３７１，?（ｃ）烧结法｜３８］，?（ｄ）静电纺丝１３９１??Ｆｉｇ．?１．３?Ｍｅｍｂｒａｎｅ?ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ?ａｔｔａｉｎｅｄ?ｆｒｏｍ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｍｅｔｈｏｄｓ??（ａ）?ｓｔｒｅｔｃｈｉｎｇ１３６１，?（ｂ）?ｐｈａｓｅ?ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ１３７１，?（ｃ）?ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ１３８１，（ｄ）?ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ１３９１??膜蒸馏膜的制备方法主要包括拉伸法、相转化法、烧结法、静电纺丝等。这??些方法可以获得孔径可调节的多孔膜。图１．３给出了不同方法制得的膜的典型结??构形态。??拉伸法不需要使用溶剂，可以用于结晶度较高的聚合物成膜，制备ＰＴＦＥ、??ＰＥ、ＰＰ平板膜或中空纤维膜时常用该种方法［４（）］。拉伸法中，将高分子聚合物加??热到熔融态后挤出冷却，在垂直挤出的方向上进行拉伸，直至获得需要的孔结构。??相转化法通过高分子聚合物在两相之间的转化进行膜的孔结构调控。根据相??转化的诱导方式可进一步分成非溶剂致相转化法（ＮＩＰＳ）和热致相转化法（ＴＩＰＳ）??等。ＮＩＰＳ法中，聚合物溶液浸入凝固浴后会引发相分离，聚合物贫相被去除，??６??
本文编号：3513261
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)北京市
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１４１??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｍｅｍｂｒａｎｅ?ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ１４１??
简单的膜蒸馏构型，在四种类型中出现最早，相关??研宄和应用也最多［２］ＱＤＣＭＤ易于通过调整参数进行控剞，可以不另设冷凝设备，??且易于在水处理中得到应用［５，６］。然而由于ＤＣＭＤ中膜的两侧直接与热料液、和??冷凝液接触，因此热损失也较为严重，对跨膜传质推动力有一定的负面影响［７］。??ｉ?ｔ?Ｉ?丨?ｉ?ｔ?一一?Ｉ??Ｉ４?？?ｊ??■Ｉ‘?Ｃｘｘ＾ｎ＆?Ｉ?Ｉ?Ｃｏｃ＾ｍ?■??■?Ｉ?■＇?Ｉ??Ｉ?ｔ?＾１?Ｉ?ｔ??Ｉ?＾?＿??ｆ?二?Ｊ?卜－［：堯?Ｉ??图１．２膜蒸馏的四种构型［４１??（ａ）直接接触式膜蒸馏，（ｂ）气隙式膜蒸馏，（ｃ）吹扫式膜蒸馏，（ｄ）真空膜蒸馏??Ｆｉｇ．?１．２?Ｆｏｕｒ?ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ｍｅｍｂｒａｎｅ?ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ１４１??（ａ）?ＤＣＭＤ，?（ｂ）?ＡＧＭＤ，?（ｃ）?ＳＧＭＤ，?（ｄ）ＶＴＶＩＤ??ＡＧＭＤ中（图１．２ｂ）膜与下游的冷凝液被气隙分隔，挥发组分的蒸汽穿过??膜孔和气隙，在冷凝板上冷凝后被收集。由于膜与下游料液不直接接触，传质过??程中的热损失减小，热效率有所提升［８］。此外，ＡＧＭＤ也可以用原料液作为冷凝??液，不须另外设置冷凝器［９］。同时，ＡＧＭＤ通量受到膜厚度的影响也不明显，但??由于气隙的传质阻力较大ＡＧＭＤ的通量一般也比较低［１（），１１］。??ＳＧＭＤ?（图１．２ｃ）在膜的下游设置气体吹扫装置，利用吹扫气将蒸汽输送至??冷凝器并收集，也可以起到减少热损失的作用。通过控制吹扫气体的流量，ＳＧＭＤ??可以达到较大的渗透液回收率［１（）］。但ＳＧＭＤ需要另外设置冷凝装置，且吹扫气??的动力消耗比较大，实用性比
?兼具高通量和耐油污染的亲／疏水复合膜及其膜蒸馏性能???此外，聚乙烯（ＰＥ）膜虽然热稳定性较弱，但具有较强的化学稳定性，也在一??些膜蒸馏研究中得到了应用［３２，３３］。聚醚砜（ＰＥＳ）具有优良的热稳定性、化学稳??定性和机械强度，经过疏水化改性［３４］或者与ＰＶＤＦ等材料共混［３５］也可以用于膜??蒸馏膜的制备。??９ＨＨＩ??图１．３不同方法制备的多孔膜表面形貌??（ａ）拉伸法｜３６１，（ｂ）相转化法｜３７１，?（ｃ）烧结法｜３８］，?（ｄ）静电纺丝１３９１??Ｆｉｇ．?１．３?Ｍｅｍｂｒａｎｅ?ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ?ａｔｔａｉｎｅｄ?ｆｒｏｍ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｍｅｔｈｏｄｓ??（ａ）?ｓｔｒｅｔｃｈｉｎｇ１３６１，?（ｂ）?ｐｈａｓｅ?ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ１３７１，?（ｃ）?ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ１３８１，（ｄ）?ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ１３９１??膜蒸馏膜的制备方法主要包括拉伸法、相转化法、烧结法、静电纺丝等。这??些方法可以获得孔径可调节的多孔膜。图１．３给出了不同方法制得的膜的典型结??构形态。??拉伸法不需要使用溶剂，可以用于结晶度较高的聚合物成膜，制备ＰＴＦＥ、??ＰＥ、ＰＰ平板膜或中空纤维膜时常用该种方法［４（）］。拉伸法中，将高分子聚合物加??热到熔融态后挤出冷却，在垂直挤出的方向上进行拉伸，直至获得需要的孔结构。??相转化法通过高分子聚合物在两相之间的转化进行膜的孔结构调控。根据相??转化的诱导方式可进一步分成非溶剂致相转化法（ＮＩＰＳ）和热致相转化法（ＴＩＰＳ）??等。ＮＩＰＳ法中，聚合物溶液浸入凝固浴后会引发相分离，聚合物贫相被去除，??６??
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