P(VDF-HFP)/SiNPs-PVDF双层疏水复合膜电纺制备及其应用

采用静电纺丝技术,以筛孔75μm涤纶网为支撑层,N,N-二甲基甲酰胺、丙酮为混合溶剂,制备偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(P(VDF-HFP))/疏水气相纳米SiO_2颗粒-聚偏氟乙烯(SiNPs-PVDF)双层疏水纳米纤维复合膜,考察了纺丝时间和SiNPs等对膜性能的影响,表征了膜特性,结果表明,复合膜红外特征峰明显;在双层膜总纺丝时间一定的条件下,随表层纺丝时间的延长,双层膜平均孔径均呈减小趋势,膜通量下降但抗润湿性能却得以提高;此外,添加SiNPs可进一步增强双层膜的抗润湿性,延长膜的可持续运行时间。以53℃、质量浓度35g/L的NaCl溶液为料液进行持续性直接接触式膜蒸馏脱盐实验,当渗透温度为20℃时,各复合膜盐截留率均能达到99.99%以上,P(VDF-HFP)/SiNPs-PVDF复合膜最长可持续运行90h。     

无纺布支撑PVDF纳米纤维疏水膜的制备及其性能研究

以N,N-二甲基甲酰胺和丙酮为混合溶剂,采用静电纺丝法制备了基于不同无纺布支撑的聚偏氟乙烯(PVDF)纳米纤维疏水膜,考察了不同无纺布支撑材料对膜结构与膜性能的影响;利用扫描电子显微镜、接触角测量及膜蒸馏脱盐实验等对纳米纤维膜的结构及性能进行了表征。结果表明,以不同无纺布为支撑材料的电纺纳米纤维膜具有良好的疏水性,接触角最高可高达149.5°;复合膜整体孔隙率最高为79.8%,纳米纤维分离功能层的孔隙率最高可达92.6%;纳米纤维膜平均孔径随着静电纺丝时间的延长而降低,膜平均孔径在1.25~2.02μm,尽管膜孔径分布情况各不相同,但复合膜的盐截留率均能达到99.99%以上。以质量浓度35 g/L的NaCl溶液为进料液进行直接接触式膜蒸馏脱盐实验,在疏水膜两侧温差为60℃条件下膜通量最高可达48.84 kg/(m~2·h)。     

电纺及疏水改性制备CA/SiNPs-FAS超疏水复合膜及膜蒸馏脱盐研究

以1-甲基-2-吡咯烷酮/丙酮为混合溶剂,无纺布为支撑层,采用静电纺丝技术与溶胶-凝胶方法,制备了醋酸纤维素/二氧化硅复合纳米纤维膜,并将其浸渍于全氟烷基硅烷/正己烷分散液中进行疏水化改性。利用场发射扫描电子显微镜、红外光谱仪、孔径分析仪、接触角测量仪器等表征了改性前后复合膜表面形貌、官能团变化、孔径分布及润湿性等膜性能参数并将其应用于连续性直接接触式膜蒸馏盐浓缩过程。结果表明,静电纺丝复合膜呈三维空间网状结构,且利用正硅酸乙酯生成的纳米二氧化硅颗粒内陷于醋酸纤维素纤维内部形成微米-纳米梯级分布。经全氟烷基硅烷修饰后,红外特征峰明显,复合膜水接触角最高可达156°,且对质量分数为5%的十二烷基硫酸钠液滴也同时展示出优良的抗润湿性能(接触角125°)。以60℃、35 g·L~(-1)的NaCl溶液为进料液进行持续性直接接触式膜蒸馏脱盐实验,当渗透温度为20℃时,各复合膜盐截留率均能达到99.99%以上,其中,CA/SiNPsFAS膜通量可稳定在11.2 kg·(m~2·h)~(-1)。     

PVDF/PEI-EDA亲疏水复合膜的制备及其抗污染性能

为解决疏水性污染物对膜的污染问题,利用静电纺丝的方法制备了具有抗污染性能的聚偏氟乙烯/聚醚酰亚胺-乙二胺(PVDF/PEI-EDA)亲疏水复合膜,对其进行了表征;以含疏水性污染物(油污)的Na Cl水溶液作为进料溶液进行了直接接触式膜蒸馏脱盐和抗污染实验,并与商业的PVDF疏水膜进行了对比。结果表明,复合膜厚度为340μm,平均孔径0.677μm,孔隙率72.4%;膜表面呈纳米纤维状,具有明显的酰胺基团,膜表面在空气中水接触角为5.6°,在水相中的油接触角为143°。复合膜蒸馏运行稳定,脱盐、抗污染膜蒸馏平均通量分别为5.5、4 kg/(m~2·h),可以有效的防止疏水性污染物(油污)的污染。而商业的PVDF疏水膜膜蒸馏过程不能维持稳定运行。     

疏水性FAS-Al_2O_3复合陶瓷膜的制备与表征

选用1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙基氧硅烷对自制的孔梯度结构氧化铝陶瓷膜表面进行改性,制备疏水性FAS-Al_2O_3氧化铝陶瓷复合膜。通过正交实验和膜表面接触角测试确定改性液浓度、改性时间和改性次数对膜接触角的影响。通过扫描电镜分析(SEM)、孔径及其分布测试、纯水通量以及红外光谱分析测试(IR)对改性前后的氧化铝陶瓷膜理化性质进行表征。对FAS-Al_2O_3复合疏水膜进行NaCl盐溶液的气隙式膜蒸馏实验,考察疏水性FAS-Al_2O_3复合陶瓷膜对NaCl溶液的膜蒸馏通量和对NaCl的截留性能。结果表明:接触角均在130°以上,最大达到156.2°,疏水效果显著;在进料温度为80℃,冷却侧温度为15℃,进料流量为12h/L的实验条件下,对质量分数为2%的NaCl溶液的截留率为98.5%,渗透通量为12.68kg/m2·h。     

电纺及疏水改性制备CA/SiNPs-FAS超疏水复合膜及膜蒸馏脱盐研究

以1-甲基-2-吡咯烷酮/丙酮为混合溶剂,无纺布为支撑层,采用静电纺丝技术与溶胶-凝胶方法,制备了醋酸纤维素/二氧化硅复合纳米纤维膜,并将其浸渍于全氟烷基硅烷/正己烷分散液中进行疏水化改性。利用场发射扫描电子显微镜、红外光谱仪、孔径分析仪、接触角测量仪器等表征了改性前后复合膜表面形貌、官能团变化、孔径分布及润湿性等膜性能参数并将其应用于连续性直接接触式膜蒸馏盐浓缩过程。结果表明,静电纺丝复合膜呈三维空间网状结构,且利用正硅酸乙酯生成的纳米二氧化硅颗粒内陷于醋酸纤维素纤维内部形成微米-纳米梯级分布。经全氟烷基硅烷修饰后,红外特征峰明显,复合膜水接触角最高可达156°,且对质量分数为5%的十二烷基硫酸钠液滴也同时展示出优良的抗润湿性能（接触角125°）。以60℃、35 g·L^-1的NaCl溶液为进料液进行持续性直接接触式膜蒸馏脱盐实验,当渗透温度为20℃时,各复合膜盐截留率均能达到99.99%以上,其中,CA/SiNPs-FAS膜通量可稳定在11.2 kg·（m²·h）^-1。     

聚合物含量对膜蒸馏用聚偏氟乙烯电纺纳米纤维膜的影响

为考察聚合物含量对聚偏氟乙烯(PVDF)静电纺丝纳米纤维膜的结构和性能的影响,在二甲基甲酰胺与丙酮质量比为9:1的条件下,制备了无纺布支撑的PVDF静电纺丝纳米纤维膜,进行了聚合物PVDF含量对纺丝液基本性质与膜的形貌结构及分离性能的影响分析。结果表明,提高纺丝液中PVDF含量,纺丝液的表面张力与电导率降低,纳米纤维间珠粒数量减少,纤维直径增大。直接接触式膜蒸馏脱盐应用实验表明,PVDF的质量分数为12%条件下制备的疏水膜,在盐溶液与冷侧循环水温度分别为80℃与20℃时,其通量可达62.38 kg/(m~2·h),产水电导率为8μS/cm,盐截留率达到99.99%以上。     

聚乙烯醇-二氧化硅/聚丙烯腈杂化复合膜渗透蒸发分离己内酰胺/水溶液

制备了以聚乙烯醇(PVA)填充纳米SiO2改性膜为活性层,聚丙烯腈(PAN)超滤膜为底膜的PVA-SiO2/PAN杂化复合膜,并用于己内酰胺(CPL)脱水。用FTIR,SEM,XRD,TGA分别对膜进行了表征,并考察了膜中纳米SiO2粒子的质量分数、进料组分质量分数和温度对复合膜分离性能的影响。结果表明,引入纳米SiO2后,杂化膜的热稳定性明显提高。当膜中纳米SiO2质量分数为1.0%时,复合膜渗透蒸发分离性能最佳。60℃下此复合膜用于分离质量分数为40%的CPL溶液时,其总通量和分离因子分别达到2 177 g/(m2.h)和349。     

鼓气减压膜蒸馏过程研究

设计了新型鼓气减压膜蒸馏(AVMD)过程,在原水进入疏水膜组件前鼓入低压压缩空气,形成气液混合流进入疏水膜组件,在疏水膜组件的产汽出口外接负压系统,构成AVMD系统.采用疏水性聚偏氟乙烯中空纤维微孔膜,以自来水为测试液,研究了鼓气强度、进料温度、流速、冷侧真空度对AVMD过程性能的影响,考察了AVMD对不同NaCl含量溶液的分离性能.结果表明,随着鼓气量、进料液温度、流速,真空度的提高,AVMD过程通量有明显的增加,而产水电导率始终低于0.3 mS·m~(-1).当进料液温度70℃,冷侧真空度85 kPa,进料流速1.33 m·s~(-1)时,AVMD过程膜通量可高达45 kg·m~(-2)·h~(-1),而相同实验条件下减压膜蒸馏(VMD)过程的通量约为30 kg·m~(-2)·h~(-1).     

气隙式膜蒸馏在溴化锂吸收式制冷系统中的应用

以1H, 1H, 2H, 2H-全氟癸基三乙氧基硅烷（PFDTES）为改性剂，采用表面接枝方法制备疏水性PFDTES-Al₂O₃管式复合膜，并将其应用于溴化锂吸收式制冷系统。通过LiBr/H₂O溶液的气隙式膜蒸馏实验，测试管式复合膜对溶液的分离性能。结果表明：通过PFDTES成功制备出疏水性PFDTES-Al₂O₃管式复合膜；膜蒸馏渗透通量随着操作压力、进料温度及进料流量的增大而增大，随着进料浓度的增大而减小；对于LiBr的截留率始终保持在99.99%以上。在膜蒸馏实验结果的基础上，进一步利用Aspen Plus软件模拟了基于PFDTES-Al₂O₃复合膜的新型溴化锂吸收式制冷系统的换热过程，研究该复合膜应用于溴化锂吸收式制冷系统的可行性。结果表明：性能系数（COP）随着LiBr/H₂O稀溶液浓度及流量的增大而减小，随着LiBr/H₂O稀溶液温度的升高而增大；并且LiBr/H₂O稀溶液温度及流量是主要的影响因素。在操作压力0.08MPa、LiBr/H₂O稀溶液流量86L/h、质量分数50%、温度＞70℃、冷侧流量120L/h和温度20℃的条件下，COP＞0.7，说明将PFDTES-Al₂O₃复合膜用于溴化锂吸收式制冷系统，不仅可以减小设备的体积，还能降低运行成本，具有较高的可行性。     

新型气隙式膜蒸馏组件盐水浓缩的试验研究

利用新型气隙式膜蒸馏组件对氯化钠溶液进行膜蒸馏试验研究。考察了进料温度、流速、浓度对膜通量、造水比和截留率的影响。结果表明,膜通量和造水比随着进料温度T3升高而增大,随着进料浓度的增加而减小;料液流量增加时膜通量增大,造水比降低;试验过程中截留率基本保持不变,稳定在99.8%以上。当料液浓度为3.0%,进料温度T1为30.0℃,T3为95.0℃、流量为7.0 L/h时,膜通量为4.1 L/(m2·h),造水比为7.0,截留率可达99.8%,经过60 d浓缩试验后,膜通量、造水比和截留率均保持稳定。     

膜蒸馏用PVDF抗复合污染膜的制备与测试

为提高膜的抗污染能力,对聚偏氟乙烯（PVDF）平板膜进行表面涂覆改性,得到超疏水PVDF平板膜,再将超疏水PVDF平板膜进行表面亲水化改性,制备出超疏水/亲水复合PVDF膜。当PVDF的质量浓度为2%、聚乙二醇（PG）的质量浓度为39%、涂敷液温度为50℃、蒸发时间为10 s、凝固浴温度为60℃时,超疏水PVDF平板膜接触角达到154.8°。表面亲水改性制得的PVDF超疏水/亲水复合膜的接触角为41°。然后研究了超疏水PVDF平板膜和PVDF超疏水/亲水复合膜的抗膜污染性能。结果显示,超疏水PVDF平板膜具有优良的抗无机污染性能和一定的抗有机污染性能;PVDF超疏水/亲水复合膜不仅具有优良的抗无机污染性能,而且其抗复合污染性能尤其是抗有机污染性能得到明显提升,为进一步构建高性能膜蒸馏抗污染膜提出了一个可行的技术方向。     

减压膜蒸馏海水淡化实验研究

利用减压膜蒸馏海水淡化实验台,以NaCl盐水代替海水进行了脱盐实验,研究了进料液温度、流量、质量分数和冷侧真空度对膜通量、截留率、淡水电导率、单位淡水能耗和回收率的影响。结果表明:膜组件入口进料液温度和冷侧真空度是影响系统性能的主要因素,进料液流量和质量分数的影响较小。聚丙烯膜(PP)表现出了良好的分离性能,产品淡水的电导率均小于30μs/cm,截留率大于99%。文中还讨论了淡水能耗高的原因和改进的途径。     

高温多效膜蒸馏用于处理高盐溶液的实验研究

膜蒸馏通常在温度低于90℃的条件下操作,而对于高盐溶液,由于浓差极化和饱和蒸气压下降比较明显,在通常操作温度下膜通量和热利用率都很低。采用具有内部潜热回收功能的多效膜蒸馏组件在高温操作条件下对以氯化钠为代表的无机盐浓溶液的深度浓缩进行了研究,着重考察了冷进料温度T1,加热后料液温度T3、浓度、流量等操作参数对膜通量、造水比和截留率的影响。结果表明,当料液质量分数为5%,热料液温度T3为100℃时,膜通量和造水比的值分别为3.1 L/(m2·h)和15.2;虽然膜通量和造水比均随料液浓度增大而下降,但是当料液质量浓度为25%,T3为105℃时,膜通量和造水比值仍可达1.53 L/(m2·h)和5.8;且截留率达到99.95%以上。在60 d的连续运行中,膜组件保持了良好的性能稳定性。结果表明高温多效膜蒸馏技术能够有效用于高盐溶液的深度浓缩。     

亲水/疏水复合膜强化膜蒸馏深度处理工业废水的研究进展

工业废水中通常含有多种疏水性有机污染物及表面活性剂,传统疏水微孔膜用于膜蒸馏处理工业废水的过程中,这些污染物容易沉积在膜表面引发膜污染和膜润湿,导致膜蒸馏过程的低效甚至失败。亲水/疏水复合膜是一种表层亲水而底层疏水的非对称膜材料,可通过在膜表面形成水合层减缓污染物的吸附累积,同时保留疏水基底膜对污染物的高截留率,用于膜蒸馏过程可有效强化其处理复杂工业废水的效果。本文概述了构筑亲水/疏水复合膜的仿生学原理与表面润湿理论,介绍了复合膜常用的制备方法,重点分析了多种亲水材料改性制备的复合膜用于膜蒸馏深度处理工业废水的强化效果及强化机制,认为复合膜表面形成的亲水层可有效抑制工业废水中疏水性污染物与膜表面的疏水-疏水相互作用,减轻膜污染及膜润湿倾向,提高污染物截留效率,而氧化石墨烯等亲水物质可加速水分子通过,提升膜蒸馏产水通量。最后指出未来亲水/疏水复合膜的发展可以通过建立污染物在复合膜中的传递模型,进一步探究复合膜对工业废水处理过程的强化机制,通过优化调控复合膜结构,提升复合膜对工业废水中多种污染物的截留率和抗污染性能,实现膜蒸馏抗污染性、截留率和产水通量的同步提升,并通过开展中试研究验证复合膜用于工业废水深度处理的经济性和长期稳定性。     

热回收式板框膜蒸馏组件的制备及性能研究

制备了一种新型的热回收式板框膜蒸馏组件,该组件主要由疏水性平板微孔膜和中空纤维换热丝构成,并对其负压辅助气隙式膜蒸馏过程进行了研究。重点考察了进料液温度、进料液流量和透过侧真空度等操作参数对膜组件膜通量、造水比及脱盐率等性能的影响。实验结果表明,膜通量随着进料液温度、进料液流量及真空度的升高而增大;造水比随进料温度和真空度的升高而增大,但随进料流量的加大而减小。在进料液温度为95℃、进料液流量为70 L/h、真空度为0.05 MPa时,膜通量和造水比最高可达33.0 kg/(m~2·h)和2.050,而脱盐率始终在99.98%以上,与传统膜蒸馏相比,造水比提高1倍以上,表现出了高通量下较好的热回收效果。     

PCH电纺MD膜处理高盐印染废水的性能研究

采用静电纺丝法制备了不同质量浓度聚偏二氟乙烯-共六氟丙烯（Polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene,PCH）静电纺膜用于膜蒸馏工艺处理高盐印染废水。实验表明：质量分数20%的PCH静电纺膜的机械强度和疏水性较好,机械强度为34 MPa,接触角为（133.84±1.08）°。以35 g/L的NaCl溶液作为进料液,PCH静电纺膜具有更高的水通量,可以在8 h内稳定运行,其中20%PCH膜水通量达到26.5 L/（m²·h）,比商业膜高出178.95%。分别将酸性红18（acid red 18,AR18）、酸性黄36（acid yellow 36,AY36）、亚甲基蓝（methylene blue,MB）和结晶紫（crystal violet,CV）添加至35 g/LNaCl进料液中,研究了6 h后MD对模拟高盐印染废水的截留效果和膜的稳定性。膜对4种染料表现出不同的截留性能,其中AY36添加到进料液时,PCH膜具有最高的水通量(22.5 L/（m²·h）),截留率为99.98%,CV添加到进料...     

基于膜蒸馏技术的杂萘联苯聚芳醚酮共聚物(PPBEK)超细纤维膜的制备及性能

合成加工性能优异的杂萘联苯聚芳醚酮共聚物(PPBEK),并通过静电纺丝技术将其制备成超细纤维膜。通过扫描电镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)、拉伸试验、接触角测定和压汞法对纤维膜的形貌及性能进行了测试。结果显示适合纺丝的PPBEK质量浓度范围为0.10~0.25g/mL,纤维直径随纺丝液浓度的升高而明显增加。PPBEK纤维膜具有优异的热性能、机械性能、疏水性及较高的孔隙率,可满足膜蒸馏材料的基本要求。在直接膜蒸馏试验中,PPBEK纤维膜的渗透通量最高可达10.86kg/(m~2·h),对质量分数为3.5%的NaCl溶液的截留率最高为99.95%。因此,PPBEK超细纤维膜作为一种新的膜蒸馏材料在海水淡化领域具有潜在的实际应用价值。     

疏水性SiO2-PDMS渗透汽化膜溶解-扩散性能

制备了疏水性纳米SiO2填充聚二甲基硅氧烷(PDMS)渗透汽化膜,研究了其溶解-扩散性能,计算了复合膜的溶解度参数(δM)及乙醇渗透系数(PE)。结果表明,填加SiO2提高了PDMS膜的乙醇溶解度(SE),SiO2填加量为10%(质量分数,下同)时,复合膜在30℃时的SE为0.0064,而未填加时仅为0.0026;PE值随SiO2含量的增加呈先增加后减小的趋势,SiO2填加量5%时,PE在60℃时为2.52×10-13 m2/s,而未填加时仅为1.42×10-13 m2/s;提高温度有利于乙醇的渗透。以乙醇/水物系为研究对象,结果表明,SiO2-PDMS复合膜渗透汽化性能与其渗透系数的变化趋势基本相同。     

GO-PTFE复合膜强化膜蒸馏深度处理焦化废水

为了提高膜的抗污染抗润湿性能,采用表面涂覆法将氧化石墨烯(GO)结合在聚四氟乙烯(PTFE)膜表面,制备亲水-疏水复合膜用于膜蒸馏深度处理焦化废水,并对比了改性复合膜与未改性原膜的表面特性和膜蒸馏效果,分析了GO表面改性对膜蒸馏效果的强化机制。结果表明,膜表面经过GO改性后接触角由144.2°下降至103.9°,且表面出现羟基、羧基等亲水性官能团,说明膜表面亲水改性成功。GO-PTFE复合膜相比原膜通量提高了36.6%,产水电导率保持在25μS/cm,出水的荧光峰强度明显减弱,说明GO-PTFE复合膜能有效截留焦化废水中的无机盐和有机物,相比原膜的抗污染抗润湿性能显著提高。这种强化过程主要归因于GO良好的亲水性、导热性和特有的纳米孔道对污染物的截留效应。