应用于膜蒸馏过程的PVDF中空纤维膜的制备及超疏水改性

发布时间：2018-09-10 19:58

【摘要】：膜蒸馏技术是一种将膜技术与蒸馏过程相结合的新型膜分离技术,在化工分离与浓缩、海水淡化和工业废水处理等领域具有广阔的应用前景。但是迄今为止,膜蒸馏技术仍未实现大规模应用,阻碍其工业化的原因之一就是缺乏性能优良的膜蒸馏过程专属用膜。本文通过TIPS法制备出了适用于膜蒸馏过程的PVDF中空纤维膜,并对其进行了超疏水改性,以达到提高膜通量和降低膜污染的目的,为膜蒸馏技术的发展和应用奠定了基础。本论文以溶解度参数法则和介电常数为依据,探讨了以DOS、DOA代替DOP配制铸膜液的可行性,以PVDF/γ-BL/DOP、PVDF/γ-BL/DOA和PVDF/γ-BL/DOS为铸膜液体系制备PVDF平板膜,并对膜结构与性能进行了表征。结果表明,以PVDF/γ-BL/DOS为铸膜液体系制备的膜断面中出现了双连续结构,且具有最大的孔隙率和拉伸强度。以PVDF/γ-BL/DOS为铸膜液体系,氮气为成腔流体、水为凝固浴,采用TIPS法制备了渗透性能优异的具有双连续结构的PVDF中空纤维膜,探讨了不同的制膜条件对中空纤维膜结构及性能的影响。所制备的中空纤维膜的孔隙率达到84.36%,拉伸强度达6.941MPa,进料液为90°C时的膜蒸馏通量达到77.6kg/m2?h,表现出良好的机械强度和透过性能。以PVDF/DMAc/PG为涂覆液,采用溶液浸泡法在PVDF中空纤维膜表面构建起微纳级乳突结构涂覆层,制备了超疏水PVDF中空纤维膜,研究了不同的改性条件对中空纤维膜结构及性能的影响。所制备的超疏水PVDF中空纤维膜的表面接触角达到了156.6°。利用未改性的原膜与改性后的超疏水膜进行了一系列膜蒸馏实验,对改性前后中空纤维的通量与性能进行了对比。虽然在运行初期,改性膜的膜蒸馏通量略小于原膜,但是随着运行时间的延长,改性膜的膜蒸馏通量衰减缓慢,并表现出优良的抗润湿性、抗污染性及稳定性。另外,本论文以酯基碳纳米管MWCNT-(COOC16H31)n为填料制备了导热PVDF复合膜,并对铸膜液进行电场定向,研究了MWCNT-(COOC16H31)n含量和电场定向作用对膜结构及性能的影响,为其日后在换热器领域的应用奠定了基础,推进了导热高分子材料的发展。
[Abstract]:Membrane distillation is a new membrane separation technology which combines membrane technology with distillation process. It has a broad application prospect in chemical separation and concentration, seawater desalination and industrial wastewater treatment. However, up to now, the application of membrane distillation technology has not been realized on a large scale, and one of the reasons hindering its industrialization is the lack of special membrane for membrane distillation process with excellent performance. In this paper, PVDF hollow fiber membrane suitable for membrane distillation process was prepared by TIPS method, and modified by superhydrophobic method, in order to increase membrane flux and reduce membrane fouling, which laid a foundation for the development and application of membrane distillation technology. On the basis of solubility parameter rule and dielectric constant, the feasibility of preparing casting solution with DOS,DOA instead of DOP was discussed in this paper. PVDF flat membrane was prepared by using PVDF/ 纬 -BL / DOP / 纬 -BL / DOA and PVDF/ 纬 -BL / DOS as casting liquid system, and the structure and properties of the membrane were characterized. The results show that PVDF/ 纬 -BL / DOS has a double continuous structure and has the largest porosity and tensile strength. Using PVDF/ 纬 -BL / DOS as casting liquid system, nitrogen as cavity fluid and water as coagulation bath, PVDF hollow fiber membranes with excellent permeability and double continuous structure were prepared by TIPS method. The effects of different membrane preparation conditions on the structure and properties of hollow fiber membranes were discussed. The prepared hollow fiber membrane has a porosity of 84.36, a tensile strength of 6.941 MPa, and a membrane distillation flux of 77.6 kg / m ~ 2 h at 90 掳C, showing good mechanical strength and permeability. Ultrahydrophobic PVDF hollow fiber membrane was prepared by using PVDF/DMAc/PG as coating solution and micronano mastoid structure coating on the surface of PVDF hollow fiber membrane by solution immersion method. The effects of different modification conditions on the structure and properties of hollow fiber membrane were studied. The surface contact angle of the superhydrophobic PVDF hollow fiber membrane is 156.6 掳. A series of membrane distillation experiments were carried out with the unmodified membrane and the modified superhydrophobic membrane. The flux and properties of the hollow fiber before and after modification were compared. Although the membrane distillation flux of the modified membrane was slightly smaller than that of the original membrane at the initial stage of operation, the flux of the modified membrane decreased slowly with the extension of the running time, and showed excellent anti-wettability, anti-fouling and stability. In addition, in this thesis, MWCNT- (COOC16H31) n was used as the filler to prepare thermal conductive PVDF composite membrane. The effect of MWCNT- (COOC16H31) n content and electric field orientation on the structure and properties of the film was studied. It lays a foundation for its application in the field of heat exchanger and promotes the development of thermal conductive polymer materials.
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ051.893

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本文编号：2235466