PVDF中空纤维膜的制备及应用研究

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聚偏氟乙烯(PVDF)具有良好的化学稳定性和高的机械强度,其良好的物理化学性能使PVDF成为制膜理想的材料。本文采用非溶剂致相分离法制备了PVDF中空纤维膜,系统研究了铸膜液组成(PVDF聚合物浓度、致孔剂PEG质量分数、溶剂)及制膜工艺(凝胶浴的温度和组成、芯液组成)等条件对PVDF膜结构与性能的影响。研究表明,随着致孔剂PEG质量分数的增加膜的水通量与孔隙率先增大后降低。随着铸膜液中PVDF聚合物浓度的增加水通量和孔隙率逐渐降低,膜的断裂强度逐渐增大。在相同的PVDF、PEG质量分数下,以二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAc)和N-甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂所制备的PVDF中空纤维膜中,水通量由大到小排序为NMP>DMF>DMAc,断裂强度则DMF>NMP>DMAc。膜的水通量、孔隙率与断裂强度随着凝胶浴温度升高而增大。增加凝胶浴中乙醇浓度会抑制膜的指状大孔的形成,膜结构由多孔指状结构向致密海绵状结构发展。向芯液中加入30%的醇(甲醇、乙醇、异丙醇),PVDF膜变得致密,膜的水通量和孔隙率较低,机械性能较差。其次,采用共混改性法制备了PVDF-无机粒子中空纤维膜,探讨了无机粒子LiCl、Al2O3、SiO2对共混改性膜的性能与结构的影响。添加LiCl使得铸膜液的粘度增加,减缓非溶剂扩散入铸膜液,抑制指状结构的形成,有利于海绵状结构的形成。低浓度的Al2O3能够改善膜的水通量,随着Al2O3含量增加,复合膜的指状结构受到抑制,向海绵状结构发展。SiO2因自身独特的物理性能,促使PVDF聚合物链相互交联在一起,增加了聚合物链与链相互交织的密度,可有效提高膜的断裂强度。最后,选用1%LiCl共混改性膜自制的膜萃取器,研究了LiCl改性PVDF中空纤维膜对稀土离子Er3+的富集。结果表明,稀土离子Er3+的萃取率随着载体P507浓度、反萃剂盐酸浓度和两相流速的增加先增大后减小,随着料液相初始H+浓度增加而降低。研究获得Er3+的最佳萃取工艺为:料液相初始H+浓度为0.065 mol/L,反萃剂盐酸浓度为3.0 mol/L,载体P507浓度为0.25 mol/L,两相流速为10 mL/min。在此条件下,进一步考查了三种无机粒子LiCl、Al2O3、SiO2共混改性PVDF中空纤维膜对稀土离子Er3+萃取效果。LiCl、SiO2能够有效实现对液膜相的锁闭作用,减缓液膜的流失,提高萃取率。当加入Al2O3时,萃取率反而降低,当氯化锂含量为0.5%时萃取率为94.8%,二氧化硅含量为2%时萃取率为97.6%。
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