PVDF超滤膜制备工艺强化研究及高效添加剂探索

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超滤技术因为其分离效率高、能耗低、工艺简单、无需投加添加剂等优点在目前水资源短缺,水污染问题突出,而水质标准逐渐提高的形式下越来越受到重视,但由于膜污染等问题的存在阻碍了其更大规模的工业应用,解决这些问题的途径有很多,但改善和提高膜本身的性能却是最根本的一点。本课题以稳定的高分子聚合物PVDF为膜材料,首先分别以聚乙烯吡咯烷酮和氯化锂作为成膜添加剂,通过溶液相转化法制膜,考查了这两种代表性的铸膜液体系在成膜过程中各种影响因素对膜的透水性能,截流性能,孔结构,亲水性,机械强度的影响,分析了各种因素影响成膜过程及最终膜结构和性能的机理,从而达到了强化溶液相转化法制备PVDF超滤膜工艺的目的。研究结果表明,在成膜各影响因素中添加剂类型具有最高的显著性水平,综合考虑膜的各种性能得到如下强化后的PVDF超滤膜的制备条件:PVDF浓度16~18wt%,添加剂浓度2~4 wt%,液膜蒸发时间10~30s,空气温度15~25℃,相对湿度60-90%,凝固浴(蒸馏水)温度20~30℃,溶剂为DMAc。在强化后的制膜条件下,本研究对一批有机高分子材料,小分子有机醇、酯、酸、酮,无机盐,表面活性剂等进行了添加剂筛选工作,结果发现Fe-DS-S,丙三醇-S1,柠檬酸-S2等几种化学物质作添加剂时,能够有效地提高膜的水通量,且膜的截留性能一直维持在较高的水平上,综合效果与通常使用的氯化锂相当甚至更好。其中以Fe-DS-S作添加剂的进一步研究表明,Fe-DS-S引入铸膜液后,不仅可以在维持对胃蛋白酶(35K)截留率高于75.6%前提下使膜的水通量提高三倍,并且可以显著改善膜的抗压密性;水处理效能实验分析表明Fe-DS-S系PVDF膜在控制过滤出水的浊度,色度,细菌总数方面有着显著的优势;此外,膜表面还生成了FeOOH,这将有利于提高膜表面的亲水性,从而可以一定程度的减轻PVDF膜应用于水处理过程时由憎水性有机物引起的膜污染,这对PVDF膜在水处理工程中的应用有着十分重要的意义。在以上工作的基础之上,本研究进行了添加剂的复合化的研究。结果表明,可以通过对具有不同优势的添加剂进行复合,从而达到根据需要调节膜透水性能和截留性能的目的,纳米材料引入铸膜液体系的研究表明,纳米材料与常规添加剂通过一定途径进行合理的复合可以达到维持截留性能不变,使水通量提高一倍的效果,甚至可以同时提高膜的水通量和截留率,例如纳米SiO2 (MO-1)与Fe-DS-S的复合。
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