PVDF疏水膜的制备及超声场耦合膜蒸馏技术研究

发布时间：2020-08-03 08:28

【摘要】：随着经济的迅速发展,水资源短缺和水质污染的双重问题已经日益严重,种类日益繁多的污染物对传统的水处理工艺发起了挑战。膜蒸馏技术是近年来出现的一种利用疏水膜进行膜分离的新型技术,具有设备简单、过程易自动化、节能高效等优点,在处理过程中不会产生新的污染物。但其也存在一些缺点,如成本偏高、寿命较短、易产生膜污染等。本文自制疏水性聚偏氟乙烯(PVDF)膜用于膜蒸馏实验,并引入超声波技术构建超声场耦合膜蒸馏反应器,确定实验最佳工艺参数,并针对目前膜蒸馏过程中易产生的膜污染问题,研究多种污染物对于膜通量的影响,探究超声场对于缓解膜污染的效果和机理。主要内容和结果如下:对自制的PVDF疏水膜进行表征分析,包括膜的孔隙率、平均孔径、接触角的测量和膜结构的分析,发现自制的膜具有良好的膜通量及疏水性,适用于后续膜蒸馏实验。通过控制不同的参数研究直接接触式膜蒸馏实验膜通量的变化情况,包括热侧料液温度、料液浓度、流量,结果表明,热侧温度和热侧流量的提升对于膜通量有增强效果,冷侧温度的降低和冷侧流量的提升对膜通量基本没有影响,而随着料液浓度的上升,膜通量则呈下降趋势。引入超声场后,考察不同工艺参数对于膜通量及相对通量的影响,探究膜蒸馏传质效果及膜抗污染性能的变化。结果表明,超声场的引入对膜通量有明显的提升效果,且与超声波功率成正相关,与频率成负相关。超声强化效果随料液浓度上升而加强,随热侧温度和热侧流量上升而下降。对部分无机污染物和有机污染物进行膜蒸馏实验,包括氯化钠、碳酸钙、硫酸钙和牛血清蛋白(BSA)溶液,并对实验前后的膜进行扫描电镜(SEM)观察,讨论在有无超声波情况下膜的分离性能及微观结构的变化。结果表明,超声波对于NaCl膜污染造成的膜通量下降的改善十分有限;CaCO3由于其极低的溶解度,几乎不会造成膜污染;超声波的引入有效缓解了 CaSO4结晶析出导致膜通量大幅度下降的问题;因为BSA分子呈现亲水性,难以附着在PVDF疏水膜上,因此引入超声前后,膜通量基本都没有下降。
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703;TQ051.893
【图文】：

分子式

与结构逡逑膜，需要具有良好的疏水性和多同时还需要一些其它必要的性（ＰＶＤＦ）膜是一种新兴且综合，对强酸、强碱、盐类、卤素、生物相容性、耐热性、高分离（ＣＨ２—ＣＦ２）ｎ邋—，如图１．２－５所有较强的氢键，含氧指数为４６％，为１７２°Ｃ，热变形温度为１１２？１４°Ｃ。其最突出的特点是具有较强。逡逑■逦ＭＭ逡逑

示意图,直接接触式,膜蒸馏,实验装置

１０逦扬州大学硕士学位论文逡逑力驱动循环泵以一定流量传送至膜组件一侧，并回流到料液瓶中。冷凝水通过磁力驱动环泵抽送到放置在低温恒温槽中的螺旋铜管换热器中降到一定温度，再流至膜组件另外侧，并回流到冷凝水瓶中。膜组件两侧入口前使用浮子流量计控制流量，膜组件入口和口处分别使用温度计监测热侧和冷侧的温度，使用电导率监测仪实时测定馏出液的电导渗透通量的计算公式如下：逡逑＾ｗ逡逑Ｉ邋—逦逡逑１邋ＡＡｔ逡逑其中，Ｊ表示渗透通量，ｋｇＴｒｆ２Ｖ；邋ＡＷ表示出物的量，ｋｇ；邋Ａ表示平板膜的有面积，ｍ２；邋Ａｔ表示取样时间，ｈ。逡逑热料液邋＾逦＾逡逑

接触角,平均孔径,膜片,滤速

膜片表面的孔径，无法显示膜片内部的孔径，这种方法测得的平均孔径验采用滤速法来测定膜的平均孔径，即截取一定面积的膜片，在一定的对纯水的滤速，采用叶凌碧［６９］修正式计算膜片的平均孔径，计算公式如（２．９－１．７５ｓ）邋８ｒｉ６Ｑ逡逑ｒａ邋＝邋Ｊ逦７ｐａ逦逡逑，＾表示膜片的平均孔径，ｍ；邋ｓ表示膜的孔隙率；表示水的粘度，Ｐａ邋ｓ厚度，ｍ；邋Ｑ表示滤速，ｍ３／ｓ；邋Ｐ表示操作压力，Ｐａ；邋Ａ表示膜片的面公式计算得出，自制ＰＶＤＦ膜的平均孔径为０．２０ｐｍ。逡逑触角测定逡逑视频光学接触角测量仪（ＯＣＡ２０，邋Ｄａｔａｐｈｙｓｉｃｓ，邋Ｇｅｒｍａｎｙ）对制备的ＰＶ角测试，取膜片上５个点测试取平均值作为ＰＶＤＦ膜的接触角。结果制ＰＶＤＦ膜的接触角为１０６．３°。逡逑（２１ＱＩ９ＥＥ３ＳＩ逡逑

【相似文献】