【摘 要】
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膜蒸馏技术十分适用于无机工业废水的浓缩净化处理。但是部分工业废水含有多种金属阳离子、硝酸根离子等一些氧化性离子,由于膜蒸馏运行过程温度较高,膜材料容易在高温环境下逐渐老化,导致接触角和膜孔径等变化,影响膜分离性能,限制了膜蒸馏技术的应用。因此制备一种机械性能良好,具有抗氧化性能的疏水中空纤维膜,对于膜蒸馏技术的推广十分必要,对工业废水的浓缩净化处理意义重大。本文在实验室已有研究基础上,将聚丙烯(P
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膜蒸馏技术十分适用于无机工业废水的浓缩净化处理。但是部分工业废水含有多种金属阳离子、硝酸根离子等一些氧化性离子,由于膜蒸馏运行过程温度较高,膜材料容易在高温环境下逐渐老化,导致接触角和膜孔径等变化,影响膜分离性能,限制了膜蒸馏技术的应用。因此制备一种机械性能良好,具有抗氧化性能的疏水中空纤维膜,对于膜蒸馏技术的推广十分必要,对工业废水的浓缩净化处理意义重大。本文在实验室已有研究基础上,将聚丙烯(PP)与乙烯辛烯共聚物(POE)共混改性,制备PP/POE共混中空纤维膜,提高膜的延展性,添加抗氧剂,制备了抗氧化性聚丙烯中空纤维膜,增强了膜的抗氧化能力,并将其应用于浸没式真空膜蒸馏,对具有一定氧化性的料液进行浓缩净化,该膜的运行稳定性和使用寿命大幅提高。首先本文在课题组已有研究的基础上,使用邻苯二甲酸二丁酯(DBP)和大豆油质量比为7:3的混合溶液作为铸膜液的混合稀释剂,铸膜液聚合物固体含量为30%,使用液体石蜡和DBP质量比为1:1的混合溶液作为制备中空纤维膜的芯液,以60℃纯水为凝固浴,正己烷和无水乙醇为萃取剂,进一步优化了牵引速率和芯液温度分别为20 m/min和150℃。向PP中共混15%POE,制备了较高延展性的PP/POE共混中空纤维膜。结果显示:外表面具有均匀的孔结构,内壁呈现规整均一的丝状孔结构,断面为孔结构分布均匀的蜂窝状;平均孔径为0.16μm,孔径分布集中在0.10-0.20μm;透气性达到27 L/(m~2·s),孔隙率为62%;断裂所能承受的最大力为8 N,拉伸强度达到4.7 MPa,最大伸长率高达190%;水接触角大于110°,疏水性良好。同时对优化后的PP/POE共混中空纤维膜进行了抗氧化研究。铸膜液中添加0.4%的1076抗氧剂或0.3%的1010抗氧剂,能够显著增强膜的抗氧化性。在次氯酸钠溶液(Na Cl O含量1000 mg/L,p H=5-6)的氧化性环境中对膜进行抗氧化实验,抗氧化性聚丙烯中空纤维膜的疏水性十分稳定。在该氧化条件下36 h,未进行抗氧化改性的中空纤维膜表面水接触角仅为60°,而抗氧化性聚丙烯中空纤维膜表面水接触角稳定100°以上。将中空纤维膜应用于浸没式真空膜蒸馏过程处理60 g/L硝酸铝、0.1 mol/L硝酸混合溶液,添加1076抗氧剂的耐氧化中空纤维膜和添加1010抗氧剂的耐氧化中空纤维膜,运行30 h时截留率依旧保持在99.7%以上,平均通量最终分别稳定在2.3 kg/(m~2·h)和2.7 kg/(m~2·h),而未添加抗氧剂的中空纤维膜运行10 h,截留率便会降到99.7%以下。耐氧化聚丙烯中空纤维膜运行过程中膜性能更加稳定,其稳定运行时间是未添加抗氧剂的中空纤维膜的3倍,抗氧剂的添加提高了膜在膜蒸馏应用中的稳定性和使用寿命。
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