真空膜蒸餾以疏水性膜為介質(zhì),熱溶液通過分離膜一側(cè),另一側(cè)抽真空以增強(qiáng)傳質(zhì)驅(qū)動(dòng)力,熱溶液中水分子蒸發(fā)氣化通過膜孔冷凝變成液體,從而達(dá)到水分離或提純的目的。關(guān)于真空膜蒸餾技術(shù)所用的膜材料,其疏水性越高越好,以確保液體的保留和僅氣相通過膜孔的通道。制備膜蒸餾用膜的最常用的聚合物材料是聚四氟乙烯(PTFE),聚丙烯(PP)和聚偏氟乙烯(PVDF),本文選用聚丙烯(PP)中空纖維膜,因?yàn)槠湓诓牧虾椭圃斐杀痉矫嫦鄬?duì)有利。首先以PP中空纖維膜為基材,對(duì)其進(jìn)行超疏水改性。通過改進(jìn)的溶膠凝膠法制備納米SiO2顆粒,為了提高SiO2的疏水性能,用甲基三乙氧基硅烷(MTES),乙烯基三乙氧基硅烷(VTES),異丁基三乙氧基硅烷(ITES)和正辛基三乙氧基硅烷(OTES)這些低表面能的硅烷偶聯(lián)劑分別對(duì)其改性。并加入PP顆粒和非溶劑環(huán)己酮,制備了均相涂覆液,應(yīng)用相轉(zhuǎn)化原理和浸漬涂覆法涂覆于PP中空纖維膜表面。對(duì)使用相應(yīng)烷基硅烷改性的膜分別命名為MTES-PP、VTES-PP、ITES-PP、OTES-PP。通過透射電子顯微鏡(TEM)、傅里葉紅外光譜儀(FTIR)、冷場(chǎng)掃描電鏡(SEM)、接觸角測(cè)量?jī)x(DSA)、原子力顯微鏡(AFM)等對(duì)改性膜進(jìn)行表征,研究了不同的改性條件對(duì)改性膜的影響。當(dāng)不同鏈長(zhǎng)硅烷與SiO2的摩爾比為0.57,SiO2的含量為4.0 wt%、PP顆粒的含量為2.5 wt%、非溶劑環(huán)己酮的含量為15 wt%時(shí),改性膜的外表面均覆蓋了一層微納米粗糙結(jié)構(gòu)。硅烷偶聯(lián)劑可以顯著提高SiO2的分散性,降低其表面能,OTES-PP膜接觸角最大,達(dá)到153°。選擇疏水性最好的OTES-PP膜與原PP膜進(jìn)行一系列真空膜蒸餾對(duì)比實(shí)驗(yàn)。隨著溫度的增加、真空壓力的增加、氯化鈉濃度的降低,兩種膜的滲透通量逐漸增加。當(dāng)30 h長(zhǎng)時(shí)間操作時(shí),原PP膜和OTES-PP膜的滲透通量均略有降低。短時(shí)間內(nèi),兩種膜的滲透電導(dǎo)率均穩(wěn)定在2～7μS/cm,截留率高于99.99%。當(dāng)操作時(shí)間達(dá)到30 h時(shí),PP膜的滲透電導(dǎo)率增加至50 μS/cm,而OTES-PP膜基本不變。OTES-PP膜顯示了良好的抗?jié)櫇裥?可以為處理海水淡化提供廣泛的潛在應(yīng)用。
【學(xué)位單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TQ051.893
【部分圖文】：

?天津工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文???壓力，不受高壓系統(tǒng)的特殊要求束縛，如重型的管道，復(fù)雜的泵和維護(hù)需求［８］。??（２）由于ＭＤ過程使用的膜只允許水蒸氣通過并保留所有非揮發(fā)性的物質(zhì)，??更耐污染，并且理論上可能１００％排斥離子和大分子［９］。??（３）?ＭＤ操作溫度低于常規(guī)蒸餾（反滲透，納濾，超濾和微濾），在比其??他熱系統(tǒng)更低的溫度下即可運(yùn)行，從而可以使用廢物級(jí)熱量驅(qū)動(dòng)，包括太陽能，??地?zé)崮芤约芭c低溫工業(yè)流相關(guān)的廢物級(jí)能量。該工藝所需要的零件數(shù)量明顯減少，??并且由于蒸汽空間減少，因此占地面積小得多［１°］。??根據(jù)誘導(dǎo)穿過膜的蒸汽壓力梯度和從滲透物側(cè)收集所輸送的蒸汽的方法，??ＭＤ過程可分為四種基本配置，如圖１－１所示［１１］。所有配置的共同特征是膜的一??側(cè)直接接觸進(jìn)料溶液。??ｒｍｆｉＦｅｅｄ?／ｎｃｏｏ／ｅｆｉｆ?ｏｕｆ??

Ｗｅｎｚｅｌ發(fā)現(xiàn)液體與粗糙表面的接觸角不同于液體與光滑表面的。１９３６年，??Ｗｅｎｚｅｌ第一個(gè)通過液／固界面區(qū)域方法將接觸角與表面粗糙度聯(lián)系起來［Ｍ］。??Ｗｅｎｚｅｌ假設(shè)液體完全滲透到由表面粗糙度引起的凹槽中（如圖１－３?（ａ）），他將??幾何粗糙度系數(shù)ｒ定義為固體與液體接觸面之間實(shí)際面積與表觀面積之比，得出??了著名的Ｗｅｉｉｚｅ丨方程，如下公式１－２：??ｃｏｓ９ｗ＝ｒｃｏｓ８?公式（１?－２）??０表示表觀接觸角或者楊氏接觸角，０ｗ表示材料的表觀接觸角。如圖３ａ所??示，粗糙表面上突起的凹槽完全被液滴填滿［３７］，顯然固液界面的接觸面積總是大??于表面表觀接觸面積，即ｒ總是大于１。當(dāng)０?＜９０°時(shí)，粗糙度系數(shù)１？的增加減小??了?０ｗ；但是如果０?＞９０°?，則粗糙度系數(shù)的增加導(dǎo)致０ｗ的增加。也就是說對(duì)??于親水性材料，構(gòu)建粗糙度有利于其親水性的提高；同時(shí)對(duì)于疏水性材料，構(gòu)建??粗糙度有利于其疏水性的提高。??Ｗｅｎｚｅｌ方程是一個(gè)簡(jiǎn)單的模型

構(gòu)和化學(xué)組成進(jìn)行了大量研究。２００２年，江等人？最新發(fā)現(xiàn)，在荷葉表面的每??個(gè)微乳突上都覆蓋著細(xì)小的枝狀納米結(jié)構(gòu)。??圖１－４顯示了荷葉的典型ＳＥＭ圖像，荷葉表面有許多隨機(jī)分布的微乳突（圖??１－４?（ｂ）：），它們的平均大小約為１０?｜ｉｍ，這些乳突的平均間距約１２?ｐｍ。每個(gè)乳??突表面分布有直徑約為１２０?ｎｍ的細(xì)枝狀納米結(jié)構(gòu)，正如圖１－４?（ｃ）顯示了單個(gè)??乳突的高分辨率ＳＥＭ圖像，就好像荷葉上遍布著一個(gè)接一個(gè)的“小山包”，“山??包”上長(zhǎng)滿了“絨毛”。這些微乳突和納米毛的多尺度結(jié)構(gòu)提供了氣穴的形成，??當(dāng)尺寸遠(yuǎn)大于這種結(jié)構(gòu)的水滴落在葉面上時(shí)，只能同葉面上“小山包”的凸起形??成的幾個(gè)點(diǎn)接觸，而不會(huì)潤濕整個(gè)表面［４２］。在這種情況下，正像１．３１２所闡述的??Ｃａｓｓｉｅ－Ｂａｘｔｅｒ方程，當(dāng)ｆｓ—０，宏觀接觸角０Ｃ接近１８０°。也就是說，多尺度結(jié)??構(gòu)造成荷葉表面和水滴之間的最低接觸面積
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本文編號(hào)：2839270