【摘要】：聚偏氟乙烯(PVDF)中空纖維膜具有優(yōu)異的綜合性能被廣泛應(yīng)用于超微濾、膜蒸餾等膜分離技術(shù)領(lǐng)域,但在水流或氣流的沖擊作用和強(qiáng)烈擾動(dòng)的操作環(huán)境下中空纖維膜易發(fā)生斷絲的現(xiàn)象,縮短膜組件的使用壽命,極大的限制了中空纖維膜的廣泛應(yīng)用,因此研制高強(qiáng)度的中空纖維膜具有重要意義。本文設(shè)計(jì)了一種新的筋線(xiàn)增強(qiáng)型膜結(jié)構(gòu),并研究了其制備方法。利用自主設(shè)計(jì)的具有特殊結(jié)構(gòu)的紡絲噴頭,制備出一種具有高拉伸斷裂強(qiáng)力的品字外形結(jié)構(gòu)的外壓式筋線(xiàn)增強(qiáng)膜。與圓形外形外壓膜相比,品字外形外壓膜具有更大的外表面積,可以提高中空纖維膜的純水通量。首先利用單因素實(shí)驗(yàn)探討了紡絲噴頭中針頭類(lèi)型、噴絲孔中心距離、針頭位置比例以及針頭探出長(zhǎng)度等參數(shù)對(duì)筋線(xiàn)增強(qiáng)膜形貌和性能的影響,并通過(guò)膜純水通量、抗壓扁能力、最大孔徑和破裂壓力的測(cè)試,得到筋線(xiàn)增強(qiáng)膜最優(yōu)性能的制備工藝參數(shù):采用針頭垂直式噴絲頭,噴絲孔中心距4 mm,針頭位置比例1:2,針頭探出長(zhǎng)度5 mm的噴絲頭參數(shù)制備出PVDF筋線(xiàn)位于三孔中間,膜壁厚均一的筋線(xiàn)增強(qiáng)膜,并且在不影響膜純水通量的情況下,膜抗壓扁能力和破裂壓力達(dá)到最優(yōu)。在上述最優(yōu)噴絲頭參數(shù)的基礎(chǔ)上,探究了紡絲過(guò)程中入水距離、卷繞速度等參數(shù)對(duì)筋線(xiàn)增強(qiáng)膜性能的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)入水距離為11 cm,卷繞速度20.7 m/min時(shí),制備的復(fù)合膜純水通量為245 L·m-2·h-1,抗壓扁能力為0.23 MPa,最大孔徑為0.160 μm,破裂壓力為0.385 MPa,性能最優(yōu)。然后在最優(yōu)紡絲工藝的基礎(chǔ)上探討了不同膜壁厚度對(duì)筋線(xiàn)增強(qiáng)膜的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn),當(dāng)膜壁厚度增加時(shí),筋線(xiàn)增強(qiáng)膜的純水通量下降,抗壓扁能力和破裂壓力上升,膜壁厚度減小有利于提高膜傳質(zhì)效率,但膜成型較為困難,因此在保證筋線(xiàn)增強(qiáng)膜成型工藝穩(wěn)定的前提下,膜壁厚度為230μm的筋線(xiàn)增強(qiáng)膜具有最優(yōu)的純水通量和機(jī)械強(qiáng)度。最后對(duì)比分析了單孔,三孔和筋線(xiàn)增強(qiáng)型中空纖維膜,通過(guò)對(duì)三種類(lèi)型中空纖維膜的純水通量,最大孔徑,破裂壓力,斷裂強(qiáng)力等基本性能進(jìn)行測(cè)試,結(jié)果表明,筋線(xiàn)增強(qiáng)膜相比單孔膜和三孔膜而言,其純水通量略微下降,膜最大孔徑和破裂壓力沒(méi)有明顯變化,但膜的斷裂強(qiáng)力較單孔膜提升了 12倍左右,達(dá)到23.64N。因此PVDF筋線(xiàn)顯著的提高了筋線(xiàn)增強(qiáng)膜的拉伸斷裂強(qiáng)力,并且未對(duì)膜純水通量造成負(fù)面影響。
【圖文】：

學(xué)交聯(lián)法將功能層涂敷在基膜上可以很好的避免兩層之間發(fā)生脫離。逡逑０灥Ｍ逡逑—涂敷功能層逡逑圖１－２雙層復(fù)合中空纖維膜示意圖（外涂敷）逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｄｏｕｂｌｅ－ｌａｙｅｒ邋ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ邋ｈｏｌｌｏｗ邋ｆｉｂｅｒ邋ｍｅｍｂｒａｎｅ邋（ｅｘｔｅｒｎａｌ逡逑ｃｏａｔｉｎｇ）逡逑在中空纖維基膜外包纏一層平板膜增強(qiáng)法一般是將聚四氟乙烯（ＰＴＦＥ）平逡逑板膜在拉伸作用下包纏在中空纖維膜表面上，制備的增強(qiáng)型中空纖維膜的拉伸逡逑斷裂強(qiáng)力得到大幅度的提升。在拉伸過(guò)程中利用雙向拉伸法很容易獲得具有較逡逑多微孔的膜結(jié)構(gòu)。日本的Ｓｕｍｉｔｏｍｏ公司邋＇＇開(kāi)發(fā)出一系列的平板膜包纏中空纖逡逑維膜的技術(shù)，操作時(shí)首先在中空纖維膜的表面上通過(guò)螺旋式方法包纏寬度較窄逡逑的ＰＴＦＥ條帶（如圖１－３所示），然后在一定的溫度條件下讓接觸界面上的兩層逡逑膜發(fā)生黏結(jié)，制備的復(fù)合膜不僅具有很好的界面結(jié)合力，，很好的避免了功能層逡逑的脫落。而且在多孔基膜的支撐作用個(gè)使得復(fù)合膜具有較高的膜拉伸斷裂強(qiáng)力逡逑和爆破強(qiáng)度［５６］。逡逑圖１－３平板膜包纏中空纖維膜示意圖％逡逑？邐．邐［５５］逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｈｏｌｌｏｗ邋ｆｉｂｅｒ邋ｍｅｍｂｒａｎｅ邋ｗｒａｐｐｅｄ邋

多微孔的膜結(jié)構(gòu)。日本的Ｓｕｍｉｔｏｍｏ公司邋＇＇開(kāi)發(fā)出一系列的平板膜包纏中空纖逡逑維膜的技術(shù)，操作時(shí)首先在中空纖維膜的表面上通過(guò)螺旋式方法包纏寬度較窄逡逑的ＰＴＦＥ條帶（如圖１－３所示），然后在一定的溫度條件下讓接觸界面上的兩層逡逑膜發(fā)生黏結(jié)，制備的復(fù)合膜不僅具有很好的界面結(jié)合力，很好的避免了功能層逡逑的脫落。而且在多孔基膜的支撐作用個(gè)使得復(fù)合膜具有較高的膜拉伸斷裂強(qiáng)力逡逑和爆破強(qiáng)度［５６］。逡逑圖１－３平板膜包纏中空纖維膜示意圖％逡逑？邐．邐［５５］逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｈｏｌｌｏｗ邋ｆｉｂｅｒ邋ｍｅｍｂｒａｎｅ邋ｗｒａｐｐｅｄ邋ｂｙ邋ｆｌａｔ邋ｍｅｍｂｒａｎｅ逡逑１．３．２編織管增強(qiáng)型中空纖維膜逡逑
【學(xué)位授予單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TQ051.893

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本文編號(hào)：2656226