论文部分内容阅读
膜蒸馏是一种以疏水膜两侧的蒸汽压差为驱动力的膜分离技术。膜蒸馏分离效率高，在海水淡化、废水处理、食品行业等方面有广泛的应用。 聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）疏水性强、化学稳定性和热稳定性好、抗氧化，是制备膜蒸馏用膜的理想膜材料。 复合相分离法（NTIPS）的原理是高温时聚合物与稀释剂形成均相铸膜液，降温时均相铸膜液同时发生非溶剂致相分离（NIPS）和热致相分离（TIPS）过程。相分离过程中，铸膜液中的稀释剂与非溶剂发生相互交换，引发NIPS过程，同时，高温铸膜液与非溶剂发生热交换，引发TIPS过程。本文以己内酰胺（CPL）为稀释剂，聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）为膜材料，采用NTIPS法制备了PVDF-HFP微孔膜。利用扫描电镜（SEM）考察了膜的结构，并系统考察了成膜工艺条件如聚合物浓度、凝胶浴组成、凝胶浴温度、凝胶浴介质种类、挥发时间等对膜性能的影响，寻找最优的膜蒸馏用膜制备条件。结果表明，膜断面由皮层和指状孔支撑层或者指状孔兼具双连续结构的支撑层构成，说明相分离过程中同时发生了NIPS和TIPS过程。聚合物浓度（15％～25%）、凝胶浴组成（25%～90%乙醇溶液）、凝胶浴介质种类对PVDF-HFP膜的结构影响较大，挥发时间（5s～120s）、凝胶浴温度（5℃～75℃）对膜的结构影响不显著。聚合物浓度为15%～20%时，膜的断面由较薄的皮层和充分延伸到膜底部的指状孔构成，聚合物浓度为22.5%～25%时，膜的断面由短小的指状孔兼具双连续结构构成。随着聚合物浓度的增大，膜的纯水通量、孔隙率和平均孔径下降，截留率和断裂拉伸强度增加。凝胶浴组成为乙醇溶液时，制备的膜由较薄的皮层，指状孔兼具双连续结构的支撑层构成。随着凝胶浴中乙醇含量的增加，膜的纯水通量显著增加，截留率和断裂拉伸强度下降。比较和分析膜的各种性能，确定了PVDF-HFP膜的最佳制备条件为PVDF-HFP浓度为20%，凝胶浴组成为90%的乙醇溶液。 其次，选取PVDF与PVDF-HFP进行共混，以CPL为稀释剂，采用NTIPS法制备PVDF-HFP/PVDF共混膜。系统考察了PVDF-HFP/PVDF共混比对共混膜的结构和性能的影响。结果表明，随着PVDF含量的增加，共混膜断面指状孔尺寸减小，指状孔数目减少，复合相分离过程由原来的NIPS为主，TIPS为辅转变为以TIPS为主，NIPS为辅，实现了调控共混膜结构和膜孔的目的。 最后，采用自制的PVDF-HFP膜，优化了膜蒸馏操作工艺条件对膜蒸馏通量的影响，进一步系统考察了不同成膜工艺条件下制备的PVDF-HFP膜的膜蒸馏性能。研究表明，升高料液温度可以明显增加膜蒸馏通量。在一定的料液流量范围内（30L/h～60L/h），膜蒸馏通量随料液流量的增加显著增加。料液流量高于60L/h时，膜蒸馏通量稳定在23.5kg/。冷凝液流量的变化对膜蒸馏通量影响不显著。不同凝胶浴组成和不同聚合物浓度条件下制备的PVDF-HFP膜对膜蒸馏通量的影响较为显著，不同凝胶浴温度条件下制备的PVDF-HFP膜对膜蒸馏通量的影响不显著。优选凝胶浴组成为90%的乙醇条件下制备的PVDF-HFP膜，以3.5%的盐水为料液，进行直接接触膜蒸馏过程（DCMD）研究，连续运行4小时，膜蒸馏通量稳定在29.0kg/(m2*h)，产水电导率小于5μm/cm。说明 NTIPS法制备的PVDF-HFP膜的膜蒸馏通量高、产水水质好，DCMD应用过程稳定性好。