膜蒸餾是一種新型蒸汽熱驅(qū)動分離的新興技術(shù),其商業(yè)化發(fā)展卻受到了相關(guān)膜蒸餾專用膜的限制。至今,仍然缺乏具有高性能且無分層的、針對膜蒸餾技術(shù)開發(fā)的專用膜。本文提出使用復(fù)合相分離法(NTIPS,即:非溶劑致相分離法聯(lián)合熱致相分離法)制備用于膜蒸餾(MD)應(yīng)用的新型親疏水雙層復(fù)合膜。所制備的雙層膜由相對薄的疏水性聚偏氟乙烯(PVDF)頂層和相對厚的親水性聚偏氟乙烯和聚乙烯醇共混(PVDF-PVA)底層組成。通過采用簡單的一步共鑄工藝,獲得了無分層的親疏水雙層膜。電子掃描顯微鏡(SEM)觀察膜上下表面及截面形貌結(jié)構(gòu),傅立葉變換紅外光譜儀(ATR-FTIR)晶型分析表明膜形成機理,其中疏水性頂層通過NTIPS機理形成,導(dǎo)致在其下形成指狀孔的超薄較致密皮層;而親水性亞層由熱致相分離法(TIPS)誘導(dǎo)形成,產(chǎn)生具有高度連通性的胞狀孔結(jié)構(gòu)。研究了PVDF/PVDF-PVA親疏水雙層復(fù)合膜在不同操作條件下的直接接觸式膜蒸餾(DCMD)性能,結(jié)果表明滲透通量隨著流量的增加而增加;而料液鹽含量在一定范圍內(nèi)對其影響不顯著,疏水面朝向料液側(cè)的模式的滲透通量明顯高于親水面朝向料液側(cè)模式。隨著疏水層PVDF濃度含量的增加,膜結(jié)構(gòu)中指狀孔越來越短,通量略微降低。凝膠浴溫度影響成膜機理,對膜結(jié)構(gòu)變化和膜通量有顯著影響。通過膜厚度研究,調(diào)節(jié)平衡通量性能和機械強度之間的關(guān)系。在此研究基礎(chǔ)上,20℃凝膠浴下制備出120μm的15wt%的PVDF疏水層濃度的PVDF/PVDF-PVA親疏水雙層復(fù)合膜,該膜在連續(xù)的MD運行中表現(xiàn)出穩(wěn)定的脫鹽率(≥99.5%),并且在80℃下的滲透通量高達165.3 kg·m~(-2)·h~(-1),這顯著高于文獻中報道的MD膜。在親疏水雙層復(fù)合膜應(yīng)用于工業(yè)有機肥濃縮方面也開展了研究,考察了親疏水雙層復(fù)合膜的DCMD性能及其耐污染特性。膜的滲透通量在70℃料液溫度下高達87kg·m~(-2)·h~(-1)。同時,膜表面的沉淀附著物很容易通過水清洗。與市售聚四氟乙烯(PTFE)膜相比,該膜在15小時連續(xù)操作中表現(xiàn)出優(yōu)異的耐污染特性。
【學(xué)位單位】：寧波大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ051.893
【部分圖文】：

圖 1.1 膜蒸餾四種不同的操作方式[7]Figure1.1 Fourdifferenttypes ofmembranedistillation1.1.4 膜蒸餾技術(shù)的發(fā)展及展望膜蒸餾作為一種低成本，高效和節(jié)能的可替代性常規(guī)分離技術(shù)（如蒸餾和反滲透）的新型技術(shù)，在全世界范圍內(nèi)進行了廣泛的研究。它是基于熱過程的少數(shù)幾項膜操作之一。因此，能源消耗原則上與傳統(tǒng)的蒸發(fā)過程相同。然而，所需的操作溫度遠低于常規(guī)蒸餾的操作溫度，因為不需要將料液加熱到至沸騰。事實上，該過程可以在通常低于70°C 的溫度下進行，并且由熱和冷溶液的低溫差（20℃）產(chǎn)生的蒸汽壓差驅(qū)動。因此，低能廢水和可替代能源如太陽能和地?zé)崮芸梢耘c MD 系統(tǒng)相結(jié)合，用于低成本和高效能的液體分離系統(tǒng)。膜蒸餾技術(shù)可能會成為最有潛力的新型膜技術(shù)之一。膜蒸餾被認為是利用干旱地區(qū)充足的太陽能的一個可替代性方案，因此主要用于海水淡化，從而限制了其廣闊的應(yīng)用范圍[46]。該技術(shù)除了在實驗室規(guī)模的研究，可以在商業(yè)規(guī)模上看到其應(yīng)用。Jensen 等人

圖 2.1 高溫自動刮膜機示意圖和刮膜過程示意圖Figure2.1 Schematicdiagramforautomaticcastingmachineandco-casting procedure2.3.2 PVDF 單層膜的制備PVDF 單層膜的制備使用了 NTIPS 方法，用以比較 PVDF/PVDF-PVA 親疏水雙層復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)和性能。將 PVDF 在 150℃油浴鍋中溶解，機械攪拌 4 小時后脫泡，在150℃自動刮膜機上澆鑄成型冷卻于 20℃的凝膠浴中，制備了一系列不同濃度（Cp=12 20wt％）的 PVDF 聚合物溶液。 單層 PVDF 膜的膜厚 δp可以通過刮膜過程中單個刮刀的高度來控制。2.3.3 PVDF/PVDF-PVA 親疏水雙層復(fù)合膜的形貌結(jié)構(gòu)表征將膜樣品浸入液氮中斷裂，然后用真空噴金儀噴鉑金。使用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察雙層復(fù)合平板膜的頂/底表面和橫截面。

（e）截面親疏水界面（10000×） （f）截面疏水層（10000×）圖2.2 PVDF / PVDF-PVA雙層符合膜的表面和橫截面形貌Figure2.2 Surfaceand cross-sectionmorphologyofhydrophobic/hydrophilicdual-layerPVDF/PVDF-PVAmembranes(membranefabricationparameters:Cd=15wt%,δd=150μm,Tc=20℃.)2.4.2 PVDF/PVDF-PVA 親疏水雙層復(fù)合膜的相分離機理通過結(jié)合 NIPS 和 TIPS 機理來解釋該 PVDF / PVDF-PVA 雙層復(fù)合膜形成的膜結(jié)構(gòu)形態(tài)。疏水層中非對稱結(jié)構(gòu)，即超薄致密表皮層和指狀孔結(jié)構(gòu)主要由于 NIPS 機理形成，而指狀孔下面的雙連續(xù)網(wǎng)絡(luò)則是通過 TIPS 機理形成。這是由于高溫鑄膜液浸入凝膠浴中成型，迅速淬火形成致密表層；由于水（非溶劑）和 CPL 稀釋劑的相對快速交換而產(chǎn)生致密表皮層下方的指狀孔結(jié)構(gòu)，該過程主要遵循 NIPS 機理。另一方面，疏水層的雙連續(xù)網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)是由 TIPS 形成的典型結(jié)構(gòu)。因此，疏水層是由 NIPS 機理和 TIPS機理（即，NTIPS 機理）共同作用而形成，同時，疏水層的特征結(jié)構(gòu)和形態(tài)與之前開發(fā)的 NTIPS 機理膜也相一致[5]。在親水層中，均勻多孔的細胞狀孔結(jié)構(gòu)由 TIPS 機理形
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 王曉琴;馬浴銘;王敏達;趙樹英;;膜蒸餾技術(shù)在水處理中的應(yīng)用[J];工業(yè)水處理;2008年12期

2 于德賢,于德良,于萬波,李新培,韓彬;膜蒸餾海水淡化研究[J];膜科學(xué)與技術(shù);2002年01期

本文編號：2838638