隨著人口的不斷增長、城市化的迅速發(fā)展以及水污染情況的加劇,水資源短缺已經(jīng)成為全人類共同面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。膜技術(shù)具有移除率高和環(huán)境適應(yīng)性強等優(yōu)點,在水處理方面中有著非常廣泛的應(yīng)用。膜的水通量作為一個關(guān)鍵參數(shù),一直是基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究的重點。尤其在納米尺度下,流體的實際行為與傳統(tǒng)流體力學(xué)模型之間存在嚴(yán)重偏差,因此研究納米尺度下水的流動行為具有重要意義。在眾多類型的分離膜中,核孔膜由于其孔徑分布狹窄,孔徑呈規(guī)則的圓柱形,是研究納米受限流體良好的模型系統(tǒng)。然而,當(dāng)核孔膜孔徑小于200 nm,尤其是在100 nm以下時,不同文獻中核孔膜水通量的測試結(jié)果存在明顯差異,這顯然不利于正確地理解超濾膜的分離過程。根據(jù)Hagen-Poiseuille方程,壓力驅(qū)動下通道中的水通量與通道直徑的四次方成正比,因此通道直徑的測量對于水通量的確定起著關(guān)鍵作用。然而對于非導(dǎo)電多孔材料,掃描電子顯微鏡（SEM）在觀察時需引入一個額外的導(dǎo)電層來覆蓋材料表面,這不可避免地帶來了孔徑測量時的誤差。為了解決這一難題,本文創(chuàng)新性地提出孔道復(fù)制的方法來對孔徑進行精確測量,實現(xiàn)了對孔徑200 nm以下核孔膜水通量的精確測量,我們期望... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院近代物理研究所)甘肅省

【文章頁數(shù)】：63 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

典型膜分離的種類[22]

第1章緒論5的孔隙時，粒子被截留的分離機制。電荷排斥分離是指通過排斥與膜表面電荷相同的粒子來實現(xiàn)膜分離的機制。對于微濾及超濾膜，膜分離機制是孔徑篩分。如圖1.2所示，通量和選擇性有間接的關(guān)系，如通量大的膜的選擇性較差，選擇性好的膜通量較校在不損失膜的選擇性的前提下提高膜通量一直是研究人員追求的目標(biāo)，因為高通量的膜具有三個明顯的優(yōu)勢：（1）膜的產(chǎn)水率高，獲得相同的產(chǎn)水量時間縮短，生產(chǎn)效率提高；（2）單位體積的產(chǎn)水所需能耗低，運維成本降低；（3）膜組件體積小，設(shè)備投資也相應(yīng)地減少。圖1.2膜的選擇性和通量的關(guān)系圖2、膜污染：膜污染是指物質(zhì)在膜表面或膜孔內(nèi)的積聚，是膜系統(tǒng)有效運行的主要障礙。污染有三種類型：通過吸附溶解的有機物而產(chǎn)生的有機污染；通過沉積或表面成核產(chǎn)生少量可溶鹽的無機污染；以及通過沉積和滋生微生物形成強粘附生物膜而產(chǎn)生的生物污染。過度的污染會降低膜的性能（即滲透性和選擇性），因此在運行過程中需要對膜進行化學(xué)清洗，但這縮短了膜的壽命，并增加了能耗和運行成本。同時膜污染的嚴(yán)重程度不僅受給水質(zhì)量和工藝條件的影響，與膜本身的污染傾向也密切相關(guān)，因此開發(fā)低污染傾向的膜材料有著重要的意義。對于不同的過濾膜，其抗污染性能有很大不同。聚合物相轉(zhuǎn)化而生產(chǎn)出的超濾膜和微濾膜，如聚偏氟乙烯（PVDF）、聚砜（PSf）、聚醚砜（PES）和聚丙烯腈（PAN）等，這些聚合物具有易于加工、價格低廉等特點，并具有良好的化

第1章緒論7顆粒100%截留。這一拉伸膜可以不依靠外部壓力，緊靠進料液的自身重力實現(xiàn)過濾。Morehouse[34]也通過拉伸的方法制備出了橢圓形微濾PVDF，膜的水流通量增幅非常顯著。從圖1.3直觀地了解到橢圓形多孔膜抗污染性能提高的原因，用直徑為d、截面為πd2/4的圓孔膜來描述拉伸前的圓形多孔膜。過濾過程中，當(dāng)含有顆粒的進料溶液被引入一個最初清潔的微孔膜時，膜就會產(chǎn)生污染。如果直徑為D的球形顆粒撞擊到膜表面無孔的部分，則該顆粒不會阻擋其他顆粒通過孔的傳輸。當(dāng)球形顆粒撞擊到孔道周長內(nèi)，對于圓孔，當(dāng)顆粒直徑D<d時，顆粒可以順利通過，而當(dāng)D>d時，顆粒則會完全阻塞進入孔隙的入口，阻止隨后的液體通過該孔隙，隨著傳輸過程的持續(xù)進行，膜表面污染物的累積會大大降低膜的滲透性。而對于橢圓形孔，當(dāng)直徑D<d時，顆粒物的表現(xiàn)同圓孔時一致，可以順利地透過膜孔。而當(dāng)D>d，顆粒會被截留在膜表面，但對于D稍大于d的情況，橢圓孔只會被部分的堵塞，未被堵塞的部分可以繼續(xù)起到過濾的作用，在后續(xù)的過濾過程中，污染物顆粒有可能會被流體沖刷走，恢復(fù)過濾性能，因此與相比圓形核孔膜，橢圓形核孔膜有著更出色的抗污染性能。同時，在圓孔直徑與橢圓孔短軸相同的情況下，二者的選擇性一致，但橢圓孔道的膜過濾面積有了明顯提高，這也會提高橢圓孔的滲透性。圖1.3顆粒接近圓孔和橢圓孔示意圖


本文編號：3519512