聚偏氟乙烯超疏水膜抗污染结构调控及其膜蒸馏性能研究

发布时间：2021-01-10 14:10

　　膜蒸馏（MD）作为一种新型高效、环境友好的膜分离过程,它不仅结构简单、易操作,还能够在低温低压条件下处理一些高盐高热废水等,特别是它能够利用废热、太阳能等作为热源,使其在海水淡化、废水处理等方面都具有重要应用。然而膜污染和膜润湿所导致的膜耐久性问题,是阻碍MD技术发展的瓶颈。本研究分别从膜表面的物理结构和材料化学性质入手,选取聚偏氟乙烯（PVDF）和碳纳米管（CNT）为膜基材,提出基于纳米印铸、原位覆合等超疏水膜的多种制备方法,旨在提高膜在MD过程中的分离和抗污染性能。主要的研究内容和结果如下:首先,以PVDF为膜基材,从膜表面物理微纳结构构筑的角度入手,提出一种基于纳米印铸技术的超疏水膜制备方法。研究以不锈钢网（SSM）和具有其负性结构的聚二甲基硅氧烷（PDMS）凝胶为模板,制备出两种具有不同表面纹理的PVDF膜,并在膜表面形貌、润湿特性、MD性能以及抗污染性能方面进行系统表征。基于PDMS模板制得的膜具有与SSM相同的编织型表面纹理,其接触角和滑动角分别为～153°和>90°,表现出疏水但高粘附的润湿特性。而基于SSM模板制得的膜具有波浪型表面纹理,其接触角和滑动角分别为～1... 

【文章来源】：北京林业大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．２液体在不同固体表面的接触状态

因此考虑ＣＮＴ单独作为基底膜材料，通过交叉堆叠方式制备超顺Ｔ膜。最后结合这两种角度，利用ＣＮＴ强化ＰＶＤＦ超疏水膜。然后系统地对所行表征，并通过模拟处理高盐废水，来评价膜在ＭＤ过程中的脱盐和抗污染性：本课题的主要的研宄内容为：??（１）以ＰＶＤＦ为膜基材，从膜表面物理微纳结构构筑的角度入手，蕋于纳米术制备超疏水膜。研宂不同的坫底图案对膜表而形貌、疏水特性以及ＭＤ脱盐和抗污染性能的影响。??（２）从膜材料化学性质入手，选取非极性的ＣＮＴ为莊础材料，萌丁超顺排ＣＮ叉编织的制备方法，制备新型的超顺排ＣＮＴ廿极性疏水膜，迎过控制不Ｍ的交，来研宄膜的表面形貌、疏水性能以及连续的ＤＣＭＤ脱盐和抗污染性能。??（３）从膜材料物理结构和化学性质联合调控的角度入下，柚」？纳米卬铸和原合联合应用的技术方法，制备一种具有表面非极性涂层的超疏水ＰＶＤＦ膜，并在性质、ＭＤ性能以及抗污染性能方面对膜进Ｌ系统地评价。??．２技术路线??本研究的主要技术路线如图１．３所示。??？

图２．１膜制备流程图：（Ａ）制备ＰＤＭＳ基底示意图，（Ｂ）制备三种膜的示意图??ｕｒｅ?２．１?Ｆｌｏｗ?ｃｈａｒｔ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｍｅｍｂｒａｎｅ?ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ：?（Ａ）?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｐｒｅｐａｒｉｎｇ?ｔＰＤＭＳ?ｓｕｂｓｔｒａｔｅ?ａｎｄ?（Ｂ）?Ｔｈｒｅｅ?ｔｙｐｅｓ?ｏｆ?ｍｅｍｂｒａｎｅｓ??（２）膜的制备步骤??制备超疏水ＰＶＤＦ膜主要采用浸没沉淀相转化法，如图３．１所示，制备的ＰＤ和ＳＳＭ分别用于制备不同纹理化的ＰＶＤＦ膜，并以玻璃板为基底制备的膜。以?ＮＭＰ?为溶剂，ＬｉＣｌ?为添加剂，按照?ＰＶＤＦ?（Ｓｏｌｅｆ６０１０）：?ＬｉＣｌ：?ＮＭＰ＝２的比例配成铸膜液，通过磁力搅拌机不断搅拌，待铸膜液混合均匀后，置于５中加热ｌｈ，使其熟化，然后静置脱泡２４?ｈ。??在膜制备过程中使用无机盐ＬｉＣｌ，是因为Ｌｉ＋与溶剂的给电子基团之间形成可以增加涂料粘度，影响涂料沉淀速率，并通过产生更大的孔隙和更高的孔高渗透性能（Ｋｈａｙｅｔ，?ｅｔ?ａｌ．，?２０１０；?Ｗａｎｇ，?ｅｔ?ａｌ．，２０１４）。??刮刀到２５０?ｐｍ，在备用的玻璃板上延展成膜，空气暴露３０?ｓ后，浸没于去凝固浴中，等液态膜固化后从玻璃板上剥离。为了进一步去除残存的溶剂和用充足的去离子水浸泡所得膜。之后将膜放入无水乙醇中浸泡２４?ｈ，室温（２３±２

【参考文献】：
期刊论文
[1]膜蒸馏技术研究及应用进展[J]. 刘羊九,王云山,韩吉田,任天健.  化工进展. 2018(10)
[2]气隙式膜蒸馏NaCl溶液的两相流强化[J]. 潘艳秋,沈驭臣,闫勋栋,俞路.  化工进展. 2017(01)
[3]膜蒸馏海水淡化技术探讨[J]. 吕晓龙,武春瑞,高启君,陈华艳,王暄,贾悦.  水处理技术. 2015(10)
[4]超疏水膜的制备及其在膜蒸馏过程中的应用[J]. 田苗苗,李雪梅,殷勇,何涛,刘金盾.  化学进展. 2015(08)
[5]PTFE中空纤维膜直接接触式膜蒸馏过程抗污染性能[J]. 黄黉璟,樊华,侯得印,王军,李涛,姜钦亮.  环境工程学报. 2015(05)
[6]碳纳米管超疏水表面的研究进展[J]. 赵利,张丽东,徐文华,何东新,王丽,刘伟良.  化工新型材料. 2013(03)
[7]推压成型-拉伸法制备聚四氟乙烯中空纤维膜[J]. 刘国昌,吕经烈,陈颖,关毅鹏,李晓明.  化工进展. 2012(S2)
[8]聚醚砜微图案膜的模板法制备及性能表征[J]. 万伟娜,张玉忠,林立刚,丁晓莉,李泓.  膜科学与技术. 2012(04)
[9]模板法制备防污自洁PVDF膜[J]. 杨文芳,张庆富,张建飞,赵晓明,乔艳丽.  印染. 2012(05)
[10]减压膜蒸馏传热传质过程[J]. 刘捷,武春瑞,吕晓龙.  化工学报. 2011(04)



本文编号：2968848