氟化PDMS/PVDF双疏膜的制备及其在膜蒸馏中的应用

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膜蒸馏技术是一种新型的脱盐技术。尽管在膜蒸馏的基础和应用基础研究方面已有很多成果,但迄今为止膜蒸馏技术与产品仍然没有达到规模应用的阶段。其主要原因之一,是缺乏低成本和具有良好抗污染的高效膜蒸馏用膜。而其表面的润湿性直接影响膜的选择透过性能,通过增加具有极低表面能的功能性材料层增强膜的疏水和疏油性,可以在保持膜内部基本结构完整的前提下给予复合材料更优秀的抗润湿和抗污染性能。本文通过使用膜蒸馏常用的聚偏氟乙烯(PVDF)膜为基底支撑,采用表面涂覆法,利用两端羟基封端的聚二甲基硅氧烷(PDMS)、交联剂正硅酸乙酯(TEOS)和催化剂二月桂酸二丁基锡(DBTDL)在基膜表面交联形成功能层。同时正硅酸乙酯水解产生的少量Si O2微米级球颗粒随涂覆过程沉积在膜表面提高粗糙度,一定程度上增加了表面的疏水性。最后用1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷(AC-FAS)对表面进行氟化接枝处理制备得到双疏膜,控制一定的实验条件使改性膜在较薄的厚度和较大孔径的前提下,具有良好的表面抗润湿性。进一步对膜进行各项表征,研究了双疏膜的化学稳定性、热稳定性、超声稳定性以及在直接接触式膜蒸馏(DCMD)中渗透通量、脱盐率和抗污染的能力。结果显示,在适合的涂覆和氟化条件下,制备的双疏膜水接触角可达161.3±0.25°、油接触角可达134.9±0.30°,而滚动角仅为4±0.10°,表现出明显的超疏水性和疏油特性。在以不同溶液为原料进行的多组长期膜蒸馏实验中,双疏膜的渗透通量基本保持在26kg/(m~2·h),产水电导率始终维持在10μS/cm以下,脱盐率高于99.9%。本论文制备的氟硅烷修饰的双疏膜表现出较高的通量和脱盐性以及优异的抗综合膜污染的能力,在膜蒸馏领域或将有潜在的应用价值。
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