纺丝条件对热诱导相分离法制备PVDF中空纤维膜结构与性能的影响

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聚偏氟乙烯(PVDF)具有优异的力学强度、强疏水性、化学稳定性、耐辐射性、耐热性等特点,是一种性能优良的制膜材料。本文通过扩散制相分离效应与热传递效应的结合,采用热诱导相分离法制备PVDF中空纤维微滤膜,主要对制备中空纤维膜过程中的各工艺条件(包括芯液、凝胶浴、牵引比、干程等)对成膜相分离行为和膜结构的变化进行了系统的考察,优化出制膜工艺,旨在制备出出水通量大,力学性能好,截留率和孔隙率高的微滤膜。研究中发现:(1)芯液中的溶剂含量越高,膜内表面出现的膜孔数目越多,膜丝的纯水通量和孔隙率明显提高,当芯液为20%TEP时,纯水通量和孔隙率可达到437.37L/(m2·h)和72%,而后变化趋势缓慢;(2)当凝胶浴中溶剂含量越多时,膜外表面的孔数越多,孔径越大,从而提高膜的纯水通量和孔隙率,最大值分别为537.41L/(m2·h)和74%,但对应的截留率和力学强度下降快;(3)适当的牵引比能加强膜的力学性能,在膜的出料量一定时,膜的孔隙率和纯水通量与牵引比成正比,膜丝的力学强度随牵引比的增加先增大后减小,到一定程度时,纺丝过程容易被中断;(4)干程的升高使膜外表面的溶剂挥发速度加快,膜外表面的聚合物浓度变大,从而形成致密皮层,干程越大,膜外皮层越密集,大大加强了膜的截留性能;(5)制备出的膜丝在抗污染性试验中发现,膜的总阻力主要受浓差极化和滤饼层影响,其自身阻力很小,膜通量衰减快,其对污染物的截留性能高,且经物理反冲洗后即有很好的通量恢复情况。研究结果表明,芯液和凝胶浴中的溶剂含量的增多,牵引比的增大都对膜丝的孔径尺寸,纯水通量和孔隙率的提高有促进作用;而干程的升高则有利于膜的截留性能和力学强度的提高。当芯液中的TEP含量为20%,铸膜液温度为120℃,干程为1cm、外凝胶浴为20℃60%TEP水溶液、绕丝轮和齿轮泵的牵引比为0.75时,膜丝的可纺性好,膜的结构和性能优异。
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