纳米纤维基复合滤膜制备及其在乳化油废水处理中的应用

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静电纺丝纳米纤维膜具有孔隙率高、孔径分布均匀和孔连通性好等优点,在解决环境问题和水质过滤方面有着广泛的应用。由基层多孔支撑层和表面超薄功能阻隔层的双层膜结构复合滤膜可以有效的提高过滤通量并减小膜污染。本论文提出了利用静电纺丝技术结合相应的溶液垂溶成膜后处理技术制备纳米纤维基复合滤膜新方法。在此以聚丙烯腈(PAN)纳米纤维多孔膜为基膜,以聚乙烯醇(PVA)为超薄亲水功能阻隔层制备了高通量纳米纤维基复合超滤膜,并对复合膜的表面形态和结构及过滤性能进行表征。发现该纳米纤维垂溶成膜技术具有普适性,同样适用于其它的功能聚合物膜材料,可操作性和可控性强,且可方便实现制备过程的连续化,具有规模化工业应用前景。欲制备纳米纤维基复合超滤膜,首先通过静电纺丝的方法制备出包含PAN纳米纤维支撑层和PVA纳米纤维表层的双层纳米纤维膜,其中表层PVA可调控为不同的纳米结构。然后将双层纳米纤维膜浸入含有水和丙酮的混合溶液中进行溶液垂溶成膜处理,并化学交联。通过调整混合溶液中水和丙酮的比例和垂溶处理的时间来使表层的PVA纳米结构逐渐形成致密的超薄功能阻隔层,并且紧密的依附在基层PAN纳米纤维上,形成复合膜结构。实验结果表明,通过静电纺丝和垂溶成膜方法制得的复合超滤膜对油水乳液的过滤性能十分优秀,在0.2MPa的低操作压力下,过滤通量可达到218.3 L/m2h,且对油水乳液的截留效果为99.5%以上。在此基础上,又利用平行板接收装置制备了同轴取向排列的PVA纳米纤维用于垂溶成膜处理,所制得的复合膜对油水乳液具有很好的过滤效果,且通量更高,在0.2MPa的低操作压力下,通量可达283.0L/m2h,且复合膜抗膜污染性能较好。此外,还研究了在PVA纺丝原液中掺杂碳纳米管,通过静电纺丝制备出具有不同碳纳米管含量的MWNTs/PVA纳米纤维,再进行垂溶成膜制备制备出具有MWNTs/PVA超薄功能阻隔层的复合超滤膜。通过正电子淹没测试发现随着碳纳米管含量的增加,PVA功能阻隔层中的自由体积也随之增加,碳纳米管的加入可以有效提高复合超滤膜的过滤通量。当碳纳米管含量为PVA质量的10wt%时,在0.2MPa的低操作压力下,MWNTs-PVA/PAN复合超滤膜过滤乳化油废水的通量高达320.5 L/m2h。
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