膜蒸馏用超疏水PVDF-PDMS-SiO~2中空纤维复合膜的研制

发布时间：2020-08-08 02:27

【摘要】：膜蒸馏作为一种以疏水膜为介质的膜分离过程,在水处理领域已经得到广泛关注。膜蒸馏过程中分离膜的易润湿性和疏水稳定性是影响膜蒸馏技术发展的关键,从而持久疏水、抗润湿膜的研制成为膜蒸馏相关研究的热点。本文采用表面涂覆法和溶胶凝胶法结合制备了超疏水PVDF中空纤维复合膜,并将其应用到膜蒸馏过程中验证其抗润湿性能。首先本文采用表面涂覆-固化法,利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)、交联剂甲基三乙氧基硅烷(MTES)和催化剂二月桂酸二丁基锡(DBTL)在膜表面的反应,制备了PVDF/PDMS疏水复合膜。探究了实验条件对膜性能的影响。通过这种方法,复合膜接触角达到130°,显著提升了膜的疏水性和膜蒸馏过程中的抗润湿能力:该膜在2h的表面活性剂溶液膜蒸馏实验中性能稳定,而未改性膜在30 min内即完全亲水化。然后在PVDF/PDMS复合膜的基础上,对其进行了进一步的超疏水改性。通过溶胶-凝胶法制备纳米SiO2溶胶并结合在PDMS层表面以改善粗糙度,为了复合层的机械稳定性在膜表面再次涂覆了一层PDMS溶液。最终在膜表面成功构建了PDMS-SiO2-PDMS“三明治”超疏水复合层。此复合膜接触角达到152.5°。膜蒸馏通量为24.5 kg/(m2·h),膜蒸馏稳定运行时间达到原PVDF膜的20倍以上。
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ051.893
【图文】：

具有很多优势。膜蒸馏过程的理论截留率为１００％，且膜蒸馏过程在较温和的温逡逑度和压力下即可进行。逡逑膜蒸馏运行原理如图１－１所示，膜蒸馏运行方式可以分为管程及壳程，且逡逑较其他膜分离技术而言，膜蒸馏能分离浓度更高的料液［１（）］。逡逑１逡逑

Ｆ逦ＣＨ３逡逑图１－２邋Ｓｉ０２－ＰＤＭＳ－ＰＶＤＦ物理交联结构示意图［４７］逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋Ｓｉ0２－ＰＤＭＳ－ＰＶＤＦ邋ｐｈｙｓｉｃａｌ邋ｃｒｏｓｓ－ｌｉｎｋｉｎｇ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ逡逑（３）表面改性法：由于亲水膜的发展历史较长，且制膜手段多样，膜材料逡逑的选择也较为广泛，因此，对于亲水微孔膜进行表面疏水改性并将其应用到膜蒸逡逑馏过程中也是目前被探究越来越多的一个手段［４８＃］。表面改性法一般可分为等离逡逑子体接枝法、化学接枝法和表面涂覆法。表面改性法对于膜材料本身的性能影响逡逑较小，方法简便有效，可构建出较为理想的表面结构，从而制备出的疏水膜接触逡逑角往往比相转化法制得的疏水膜更高［５Ｎ５４］。Ａｂｄｕｌｈａｍｅｅｄ１５５１等人制备出陶瓷中空逡逑纤维膜，然后用将中空纤维膜浸入到氟硅烷溶液中，利用羟基之间的结合对其进逡逑行接枝改性，经过改性，膜接触角从０°增加到１４２°，将该膜用于二氧化碳吸收，逡逑Ｃ０２吸收通量高达０．１８ｍ0ｌ／（ｍ２邋ｓ）。Ｄａｓ［５６］等人对氧化铝的陶瓷膜用氟硅烷进行逡逑接枝改性，陶瓷膜金属氧化物表面的羟基（－０Ｈ）与聚合物溶液反应形成稳定的逡逑共价键。最终接触角达到１４５°，气隙膜蒸馏通量最大为９８．６６邋Ｌ／ｍ２／天，截留率率逡逑为９９．９６％。改性原理如下图所示。逡逑７逡逑

逦天津工业大学硕士学位论文逦逡逑到该溶液中，再通过氟代烷基硅烷偶联剂的接枝处理，在预涂覆的ＰＶＤＦ膜上进逡逑行超疏水改性。改性原理如下图所示。膜表面接触角的最大值可达１６１．５°。在直逡逑接接触膜蒸馏的长期运行中，改性膜的通量几乎没有降低，截留率高于９９．９９％，逡逑而原始膜的渗透电导率急剧增加，渗透通量逐渐降低。改性膜具有优异的防污性逡逑能，但是实验涉及有毒的含氟物质。逡逑

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本文编号：2784901