粗糙基底辅助相转化法高度疏水PVDF微孔膜及其膜蒸馏特性研究

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疏水性微孔膜主要应用于膜蒸馏、膜吸收、膜气提等气-液膜接触器中。近年来,随着这些膜接触过程应用研究的发展,高性能疏水微孔膜的研制逐渐引起人们的关注,其中,追求膜表面的高度疏水甚至超疏水性是本领域的前沿探索性课题。  本文提出一种高度疏水聚偏氟乙烯(PVDF)微孔膜的制备方法——以适当型号的耐水砂纸为制膜基底,N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂,正辛醇(Octanol)为非溶剂添加剂,采用粗糙基底辅助相转化法制备PVDF膜,凝胶剂依次为湿空气及水。接触角实验结果表明,采用该方法可使膜底面与水的接触角达140°,显示出高度疏水性。  从粗糙基底的作用和非溶剂添加剂效应两个方面对高度疏水性表面结构的形成机理进行研究。结果发现,粗糙基底不仅提供了膜底面的微米级粗糙结构,而且对相转化过程有一定影响,使PVDF成品膜的结晶度增大。对非溶剂添加剂效应的研究则表明,辛醇的加入使铸膜液的热力学稳定性下降,凝胶沉淀更易发生,凝胶动力学实验发现,非溶剂添加剂辛醇的加入延缓了聚合物溶液的相转化速率,有利于固-液分相对液-液分相的竞争,这将有利于膜底面纳米级粗糙结构的形成。上述研究表明,粗糙基底与非溶剂添加剂的协同作用促进了聚合物结晶和晶粒粗化,从而在膜底面生成了微-纳复合阶层结构,使膜底面的疏水性大幅提高。  考察了铸膜液配比和各制膜条件对粗糙基底辅助相转化法PVDF膜结构与表面浸润性及透过性能的影响,在此基础上,制备出高度疏水且具有良好透过性能和机械强度的PVDF微孔膜,并得出高度疏水PVDF微孔膜的较优制备条件。  分别使用淡盐水、渤海湾海水和含表面活性剂盐水对所制备的高度疏水性PVDF膜进行真空膜蒸馏(VMD)性能测试。结果表明,与普通疏水性PVDF膜相比,本文制得的高度疏水PVDF膜应用于VMD脱盐过程,其VMD通量衰减速率大幅减小,稳定后的产水率更高,脱盐率稳定在99.9%以上,显示出较好的操作稳定性和抗污染性能。
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