氟化聚苯胺改性纤维膜在膜蒸馏海水淡化中的应用

发布时间：2020-09-04 17:44

　　 淡水资源匮乏已经成为一个全球性环境问题,面对近在咫尺的浩瀚大海,海水淡化无疑成为能提供可持续淡水资源的最佳方法之一。其中膜蒸馏技术凭借自身结构简单、建设成本低、对温度和压力要求比较温和可以利用低品位能源等优势,最近几年发展迅速,前景被普遍看好。但是该技术的核心组件蒸馏膜仍存在的一些瓶颈阻碍了该技术的发展,包括通量较低、膜润湿和膜污染等问题。本论文主要研制了一种具有超疏水特性的蒸馏膜,并将其应用在直接接触式膜蒸馏海水淡化上,通过实验分析了该蒸馏膜在通量、耐污染以及抗润湿方面的表现。本研究首先利用静电纺丝技术制备出聚偏氟乙烯纳米纤维膜作为基膜,然后通过苯胺氧化聚合反应在纤维表面包裹上一层聚苯胺,利用聚苯胺在纳米形貌上呈现出的粗糙结构来放大膜表面的润湿性能,最后通过接枝三甲氧基(十七氟癸基)硅烷降低膜的表面自由能,以获得具有超疏水特性的氟化聚苯胺改性纤维膜。改性后的聚苯胺纳米纤维膜孔径为0.6μm左右,表面粗糙、孔隙率高还有较好的机械性能,测得膜的疏水角可达155°。将改性后的蒸馏膜进行了直接接触式膜蒸馏测试,并分析了温度和膜厚度对膜蒸馏通量与盐分截留率的影响,结果显示随着温度差的增加,膜蒸馏的通量显著提升,但盐分截留率也随之下降,综合考虑通量与耗能两个因素,认为温度应该控制在40~50℃;随着膜厚度的增加,膜的热量损失减小,但蒸汽通过膜孔的阻力会增加,综合考虑热效率与膜阻力两个因素,认为膜厚度应该控制在80~120μm。实验进一步分析了改性后的膜对水中染料、表面活性剂和腐植酸等有机污染物的抵抗能力,结果显示改性后的聚苯胺纳米纤维膜具有较好的抵抗污染性能。紧接着又对膜的稳定性进行了测试,在连续不间断的50个小时的运行期间,膜的通量一直保持在25 L·m~(-2)·h~(-1)以上,具有较好的稳定性。将改性后的膜与商业聚偏氟乙烯膜进行了膜蒸馏过程对比,结果显示我们制备的蒸馏膜效能更优异。最后对苯胺聚合-氟化超疏水改性的制膜方法以及改性后的聚苯胺纳米纤维膜的应用领域进行了扩展分析,为直接接触式膜蒸馏在蒸馏膜的选择以及应用领域上提供更多可能,并对膜蒸馏海水淡化工程进行了经济分析和前景展望。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P747.1
【部分图文】：

-1-图 1-1 膜蒸馏原理图明了采用抽真空方式的膜蒸馏技术并于 发明了直接接触式的膜蒸馏技术用于脱.2mm、孔径为 9 μm、孔隙率为 42％，空得了 1 kg／(m2 h)的通量，并于 1967 年 Findley 进行了很多关于直接接触式膜实验，确定了膜的厚度、孔隙率等对膜损失问题，并且是第一个将这些实验结1968-1975 年间有多项关于膜蒸馏技术的影响较大的一位。究比较早，但由于当时膜技术较为落后

直接接触式、气隙式、气流吹扫式和减压式膜蒸馏示意图

图 1-3 静电纺丝原理示意图润湿性界面理论基础液体在固体表面的铺展能力或者倾向性，润湿性能是固标，也是许多生物现象和工程技术的核心。人类很早就物的表面具有特殊的浸润性能，其中最早可追溯到中国文章中提到“出淤泥而不染”，可见当时人们已经注意能，但由于当时科学技术水平的限制，人们并不了解这随着显微技术的发展，科学家们发现看似光滑的荷叶表糙的表面，表面上的微米乳突还存在着纳米结构，这种浸润性能密切相关。自然界中还有很多动植物有着特殊自由移动的水

本文编号：2812399