水滴模板法—热粘合制备均孔复合膜的研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:JK0803_shijiwu
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均孔膜能够实现选择性和渗透性的同时提升,因此在膜分离领域有重要的研究意义。在目前关于均孔膜制备的报道中,水滴模板法作为一种方便快捷的模板类方法,因其成本低、工艺简单、可选膜材料广泛等优点引起了越来越多的关注。但此方法所制备均孔膜的机械强度差,而相应的解决方法对膜材料的选择有较多的局限,从而限制了此类均孔膜的应用推广。因此,如何高效简单地提高此均孔膜的机械强度是研究的重点。本文基于水滴模板法,实现了聚砜(PSF)、聚苯醚(PPO)、聚醚砜(PES)、聚醚酰亚胺(PEI)均孔膜的可控制备。然后,通过热粘合处理解决了其机械强度低的问题,同时探索了均孔膜在筛分、膜蒸馏这些膜分离过程的应用。首先,以PSF为膜材料,二氯甲烷为溶剂,利用水滴模板法制得均孔膜。在此过程中,以冰为基底,向铸膜液中掺杂亲水添加剂丙酮,改善铸膜液与冰面间的润湿效果,促进其在冰面的扩散,从而得到具有通透孔结构的均孔膜。论文探索性地研究了铸膜液浓度、丙酮含量、基底等因素对均孔膜形貌的影响。对实验结果进行表征分析,实验数据表明,当铸膜液浓度为2.0 wt.%,丙酮含量为3.0 wt.%时,均孔膜孔径分布最窄。利用均孔层玻璃化温度高于底膜熔点,将均孔膜与聚偏氟乙烯(PVDF)多孔基膜进行热粘合处理,使其紧密结合,提升均孔膜的机械强度,构建水滴模板法-热粘合耦合制备机械强度优异的均孔复合膜新体系。将均孔复合膜用颗粒于筛分过程测试,结果表明相比于类似尺寸的商业化微滤膜,均孔膜的筛分性能更为优异,且比其渗透性提高了约40%。此外,循环测试4次后,证明了此膜有优异的再生性能。这些研究结果将对于其他膜材料均孔复合膜的制备、应用具有重要的指导意义。基于PSF/PVDF均孔复合膜的成功制备,PPO、PEI、PES材料均被用来制备均孔复合膜,证明了此体系具有很好的普适性。最后,实验以PPO均孔复合膜为代表,向其表面涂覆聚二甲基硅氧烷(PDMS)涂层,缩小均孔膜孔径以适用于膜蒸馏分离过程。实验研究了水滴模板法过程中,铸膜液用量、湿空气流速对其孔径大小的影响。结果表明同时增加湿空气流速和铸膜液用量,可将均孔膜孔径从2.73μm减小为1.55μm;使用PDMS涂层对其进行修饰优化,可知当其涂覆浓度为5.0 wt.%时,孔径可缩小为0.80μm,水接触角从115.4 ~o提升到130.0 ~o。经计算可知,经PDMS修饰的PPO均孔复合膜的水进入压力是文献中类似微滤膜的1.8倍,传质通量大约是其的2.8倍,导热率仅为其3/5,说明此膜具有耐污染、耐润湿、高传质和低导热的优异性能。
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