水下超疏油PVDF基底滤膜的制备及油水分离性能研究

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近年来,工业过程及日常生活中造成的含油污水严重危害着人类健康及生态平衡。如何简单,高效的分离含油废水对国民生产和社会发展具有重要意义。传统分离技术往往伴随着分离效率低,成本高等弊端。超浸润膜材料因具备操作简单和能耗低等优势,被广泛的用于各种油水混合物的有效分离。但是,大多数超浸润膜都存在易被油污染、机械性和化学稳定性差等缺点,极大限制了在恶劣环境中的应用前景。本论文以机械和化学稳定性好的有机PVDF膜为基底,采用表面接枝和抽滤等方法制备出几种耐油污性强的水下超疏油膜,并分别测试了它们的浸润性、乳液分离性能和稳定性。1.首先使用氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)活化PVDF膜,然后通过简单的浸泡法在其表面接枝聚乙二醇(PEG),制备出具有水下超疏油性PEG修饰的PVDF(PP)膜。该膜表现出优异的乳液分离性能,包括高粘度的水包原油乳液,其分离效率和分离通量各自为99.6%和1130 L m-2 h-1。此外,该膜在机械测试(砂纸摩擦100次)和化学稳定性测试(在1 M HCl、1 M Na OH和3.5 wt%Na Cl溶液中浸泡12 h)后仍可呈现水下超疏油性,且可实现腐蚀环境中水包油乳液的有效分离。2.以聚多巴胺(PDA)修饰的PVDF膜为基底,在其表面旋涂十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)修饰的微米Si O2,构建了一种疏亲水结构相结合的水下超疏油膜。在油水分离过程中,Si O2具有吸附膜表面的油而降低污染的作用。Si O2的质量浓度分别控制在0.4 mg/m L、0.8 mg/m L和1.2 mg/m L,通过对比Si O2的浓度变化对水包油乳液分离性能的影响可知:Si O2的浓度为0.8 mg/m L时制备的膜具有最优乳液分离性能。该膜可在中性或腐蚀性环境(1 M HCl、1 M Na OH或3.5 wt%Na Cl)中有效分离各种水包油乳液。另外,在经历两百次弯折试验后该膜仍显示出良好的水包油乳液分离性能。3.水下超疏油膜的粗糙结构可有效提高防污性能。通过简单的抽滤法制备了一种具有粗糙结构和水下超疏油性能的聚乙烯醇-氧化石墨烯-二氧化钛(PVA-GO-Ti O2,PGT)复合膜。此外,该膜对各种水包油乳液的分离效率都在99.1%之上,且即使连续10分钟分离水包煤油乳液后,渗透通量仍超过762 L m-2h-1。此外,PGT膜不仅可在腐蚀性环境中有效分离各种水包油乳液,分离效率高于99.3%,渗透通量超过760 L m-2 h-1,而且具有优异的机械稳定性,其在经过200次摩擦试验或500次弯曲试验后仍能保持水下超疏油性。
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