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膜蒸馏(Membrane Distillation,MD)是一种新型的膜分离技术,它所需设备简单,操作条件温和,在海水淡化和化学物质的浓缩与回收等过程中具有广阔的应用潜力及价值,但膜材料的疏水性能无法满足膜蒸馏长期稳定运行的要求。本文以聚偏氟乙烯(PVDF)膜为基膜,以新型疏水氟化物Hyflon AD为改性材料,采用表面涂覆的方法制备了疏水增强型Hyflon AD/PVDF复合膜并应用于真空膜蒸馏(VMD)过程,研究了Hyflon AD化学结构组成对复合膜结构性能及VMD过程的影响;考察和优化复合膜制备条件,大幅提高了VMD性能;考察了碳酸钙、腐植酸和硅溶胶对复合膜VMD浓缩过程的影响。 底膜的微结构对Hyflon AD的涂覆效果具有重要影响,本文对此问题进行了研究。由不同膜孔结构PVDF基膜制备的Hyflon AD/PVDF复合膜表面或孔道内具有均一的Hyflon AD涂层,复合膜的疏水性和液体进入压力等性能显著提高。具有不同膜孔结构的Hyflon AD/PVDF复合膜在VMD过程中均可以稳定运行,并保持脱盐率在99.9%以上;而PVDF基膜在VMD中均出现脱盐率骤降的现象。这说明通过涂覆Hyflon AD来提高复合膜的性能和在VMD中稳定性的方法是可行的。 Hyflon AD系列氟化物具有不同的化学结构,对复合膜的性能影响显著。实验中分别制备了Hyflon AD40L/PVDF、Hyflon AD40H/PVDF和HyflonAD60/PVDF中空纤维复合膜并比较其结构性能。三种复合膜的疏水性能均较原膜有了明显的提升,其中Hyflon AD40L/PVDF复合膜接触角最大为145.1°;Hyflon AD40H/PVDF复合膜在保证膜孔径基本不变的情况下提高了疏水性能,故其在VMD中的通量最大,达到了10.38kg/(m2·h),较原膜提高了44.97%。HyflonAD/PVDF复合膜优异的疏水性能和VMD表现使其具有良好的应用价值。 通过考察涂覆浓度、涂覆时间、热处理时间以及热处理温度等工艺条件对复合膜结构和性能的影响,确定了Hyflon AD40L/PVDF复合膜的制备条件为:涂覆浓度0.1wt%,涂覆时间10min,热处理温度60℃和热处理时间7h; HyflonAD40H/PVDF复合膜的制备条件为:涂覆浓度0.1wt%,涂覆时间15min,热处理温度60℃和热处理时间10h。为了防止制备过程中涂覆液的孔渗现象,进行了堵孔实验研究,表面张力小且粘度小的一元醇(甲醇和乙醇)堵孔效果明显,以乙醇为堵孔剂制备的Hyflon AD40H/PVDF复合膜VMD渗透通量最大,为13.86kg/(m2·h)。制备工艺的改进及优化进一步提升了Hyflon AD/PVDF复合膜在VMD中的性能。 膜污染是实际应用中影响VMD通量和稳定性的重要因素,通过考察碳酸钙、腐植酸和硅溶胶等污染物体系对VMD浓缩实验的影响,发现复合膜在VMD浓缩过程中的稳定性较原膜均有明显的提高且通量衰减率变小;单一组分体系中碳酸钙溶液体系影响最大,原膜及复合膜有效浓缩倍数分别为1.7和4.0;在碳酸钙-腐植酸以及碳酸钙-硅溶胶混合体系中,Hyflon AD40H/PVDF复合膜的通量衰减率最大,当浓缩倍数为4时,通量衰减达到20%,但由于其初始通量较大,故其仍然具有很好的应用价值。 综上所述,利用新型疏水氟化物Hyflon AD,并采用表面涂覆的方法制备的疏水增强型Hyflon AD/PVDF复合膜在疏水性能和VMD通量方面均较原膜均有大幅度提升,并且在不同污染物体系VMD浓缩试验中同样保持良好的通量和脱盐率稳定性。Hyflon AD/PVDF复合膜的优异表现显示其在膜蒸馏过程中的良好前景,有望推动膜蒸馏技术在海水淡化中的应用。