内粘结强化的高通量耐久性蒸馏膜及脱盐特性研究

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随着现代工业的飞速发展及全球人口的急剧增加,世界各国对水资源的需求量也在不断增加。但由于水资源时间空间分布不均和水资源污染的问题,导致淡水资源的严重缺乏。膜蒸馏技术可有效的解决目前水资源匮乏的问题,它是通过膜分离和热蒸馏相结合从而有效进行海水淡化的技术。该技术的关键在于蒸馏膜的研究,蒸馏膜用膜要求有足够的疏水稳定性、较高的热稳定性、较强的耐污染性以及较好的膜通量,这也是膜蒸馏工艺能否大规模应用的制约因素。本文的目的是开发一种稳定性高、疏水性好、膜通量大的膜材料,传统的制膜工艺存在着通量低的问题,而静电纺丝工艺制备的通孔纤维膜具有膜纤维均匀、孔隙率高、通量大的优点。通过静电纺丝技术制备的通孔PVDF纳米纤维膜与后期超疏水改性相结合,制备出超疏水PVDF膜并用于直接接触式膜蒸馏测试,研究膜通量大小和电导率变化情况。先制备PVDF膜,然后在膜表面进行改性,本文我们引入无氟疏水剂PDMS和Si O2纳米颗粒相结合的方法一步构筑超疏水结构,其中PDMS聚合物可以有效降低膜的表面,Si O2纳米颗粒可以构造多级粗糙结构(仿自然界叶子表面),使PVDF膜达到超疏水状态(159.8°)。为了探究一步法构筑超疏水结构的通用性,我们选用纸片、无纺布和钢丝网三种亲水材料进行表面改性,改性后的材料表面均达到了超疏水状态,说明了PDMS/SNP一步法改性方法可以作为构建超疏水表面的新方法。将改性前后的PVDF膜与商用PVDF膜、PTFE膜进行膜蒸馏的对比测试,可以看出改性后的PVDF@PDMS/SNP膜通量高,疏水稳定性好,能满足膜蒸馏的长时间运行。为了测试PVDF@PDMS/SNP膜的耐污染性能,进料液采用含各种污染物的盐水,污染物包括染料、腐殖酸(HA)、润滑油、表面活性剂(SDBS)等,实验表明PVDF@PDMS/SNP膜具备优良的抗污染性能。为了测试PVDF@PDMS/SNP膜在实际海水中的蒸馏效果,进料液按海水成分配置盐水,进行50h测试,实验结果表面该膜能满足海水淡化的要求。为了验证制备的蒸馏膜达到了高通量与耐久性的统一,将膜进行了300h的长时间测试,发现该膜通量几乎保持稳定且电导率没有上升,说明该膜满足长时间的应用要求。
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