超疏水改性聚偏氟乙烯中空纤维膜方法研究

发布时间：2018-01-30 07:49

  本文关键词： 聚偏氟乙烯 超滤涂覆 刻蚀 膜 超疏水　出处：《天津工业大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：聚偏氟乙烯(PVDF)具有良好的化学稳定性和抗污染性能,被广泛的应用于膜分离过程中。在膜蒸馏过程中,良好的物理化学性能使PVDF成为理想的材料。但是膜蒸馏过程对材料的疏水性要求极高,PVDF由于其疏水性有限,在膜蒸馏过程的应用受到制约。本文结合刻蚀法和超滤涂覆法对聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜表面进行疏水化处理,并通过直接接触膜蒸馏(DCMD)过程探究了膜性能的变化。首先采用不同比例的DMAc和无水乙醇配制刻蚀剂,对PVDF粒子进行刻蚀。刻蚀目的是使微米级PVDF粒子光滑的表面粗糙化,出现更小尺寸的粗糙结构,有助于粒子在膜表面构建出类荷花结构。结果表明在25 ℃下,刻蚀时间为60min时,最佳刻蚀剂溶解度参数为25.60(J/cm3)1/2,可得到刻蚀效果最佳的PVDF粒子。用超滤涂覆的方式,使PVDF刻蚀粒子沉积在中空纤维膜外表面形成涂覆层,构筑微纳米粗糙结构,制备超疏水表面。通过调节分散液的溶解度参数,使粒子和基膜发生溶胀,溶胀的粒子与基膜发生粘接,可提高粒子涂覆层的牢固性。实验发现在最佳分散液溶解度参数为25.87(J/cm3)1/2,在此分散液中进行超滤不会使基膜发生溶解,并且得到的改性膜涂覆层牢固性明显提高。粒子最佳涂覆量为18 g/m2,改性膜表面接触角可达163.8°,达到超疏水,同时不会堵塞膜孔。粒子涂覆法使PVDF中空纤维膜外表面出现超疏水粒子涂覆层,通过SEM观察到膜表面的涂覆层呈现类荷花状,具有微纳米多层次的粗糙结构。在DCMD测试中,SDBS溶液需要先润湿粒子涂覆层才能与PVDF基膜接触并使其润湿。粒子涂覆层增加了 SDBS溶液润湿PVDF中空纤维膜的路径,延长了润湿时间,间接提供了一定的润湿深度,延长了膜的抗亲水化时间,同时使膜的临界润湿深度增大。DCMD过程中热侧料液在中空纤维膜外表面蒸发,蒸汽透过中空纤维膜在冷侧冷凝,因此产生通量。刻蚀粒子在膜表面构建出的微纳米结构可为DCMD提供更大的蒸发面积,所以通量更高。改性膜的贯通润湿时间由40 min提高到180 min,DCMD纯水通量由26.0提高到29.9 kg·m-2·h-1,同时临界润湿深度值由22.5 μm提高到37.5 μm。结果说明结合粒子刻蚀和超滤涂覆的方法,显著提高了疏水膜的抗亲水化能力。
[Abstract]:Polyvinylidene fluoride PVDF (PVDF) has good chemical stability and antifouling property. It is widely used in membrane separation process and membrane distillation process. Good physical and chemical properties make PVDF an ideal material, but the hydrophobicity of PVDF is very high in the process of membrane distillation because of its limited hydrophobicity. The application of PVDF in membrane distillation process was restricted. In this paper, the surface of PVDF hollow fiber membrane was treated by hydrophobicity combined with etching method and ultrafiltration coating method. The change of membrane properties was investigated by direct contact membrane distillation. Firstly, different proportion of DMAc and anhydrous ethanol were used to prepare etching agent. Etching of PVDF particles. The purpose of etching is to roughen the smooth surface of micron PVDF particles, resulting in a smaller size of rough structure. The results show that the optimum solubility parameter of the etchant is 25.60 J / cm 3 / 2 at 25 鈩，

本文编号：1475707