润湿性对纳米多孔陶瓷膜输运性能的影响

为了实现复杂环境中高效回收水资源,采用先进的膜技术,基于建立的半连续超临界相反应改性实验装置对纳米多孔陶瓷膜分别进行亲水和疏水表面改性,通过接触角测量、微观结构观测等方法对润湿改性前后的纳米多孔陶瓷膜进行表征。基于单管管外水蒸气冷凝传热实验系统,对润湿改性前后的纳米多孔陶瓷膜进行了冷凝液输运特性的实验研究,揭示了混合气体温度、冷却水流速、跨膜压差和水蒸气体积分数等典型运行参数对纳米多孔陶瓷膜的冷凝液输运通量的影响规律与机理。同时,采用分子动力学方法,构建了水在不同润湿性纳米孔内输运模拟体系,研究水分子在不同润湿性纳米孔内的输运规律。     

油田采出水处理中陶瓷膜表面水润湿性

陶瓷膜污染是制约陶瓷膜技术大规模应用的关键问题.膜表面水润湿性反映了膜的污染程度.作者分析了处理油田采出污水的陶瓷膜表面对水润湿角及水润湿角随时间的变化.从颜色观察膜芯各处污染程度不同,污染轻处膜面对水润湿角70.4°.污染重处膜面对水润湿角105.9°,由亲水性转变为亲油性,水渗透性变差.经灼烧处理后膜面均为亲水性,水渗透速率较处理前提高.灼烧分析陶瓷膜有机污染物量平均为膜质量的0.78％,酸洗分析无机垢占膜质量的0.28％,以钙盐和铁盐为主.热重分析证明膜污染重处较污染轻的位置有机污染物高约1.5％.     

润湿性对纳米多孔陶瓷膜输运性能的影响

为了实现复杂环境中高效回收水资源,采用先进的膜技术,基于建立的半连续超临界相反应改性实验装置对纳米多孔陶瓷膜分别进行亲水和疏水表面改性,通过接触角测量、微观结构观测等方法对润湿改性前后的纳米多孔陶瓷膜进行表征。基于单管管外水蒸气冷凝传热实验系统,对润湿改性前后的纳米多孔陶瓷膜进行了冷凝液输运特性的实验研究,揭示了混合气体温度、冷却水流速、跨膜压差和水蒸气体积分数等典型运行参数对纳米多孔陶瓷膜的冷凝液输运通量的影响规律与机理。同时,采用分子动力学方法,构建了水在不同润湿性纳米孔内输运模拟体系,研究水分子在不同润湿性纳米孔内的输运规律。     

新型纳米SiO2陶瓷膜和聚合物膜对有机物去除的比较

采用高岭土、纳米二氧化硅和碳酸钙与有机粘合剂(聚乙烯醇)的混合物制作陶瓷膜,干压成型的膜在温度为1 030℃的马弗炉中烧结6 h;以过滤腐殖酸和校园天然水来评价陶瓷膜和聚偏氟乙烯有机膜的性能。通过SUVA、DOC、相对分子质量分布和三维荧光谱可以得知,陶瓷膜和有机膜对腐殖酸有明显的去除效果;但对于天然水中有机物的去除,2种膜性能都较差;对于同样的原水,有机膜的污染比陶瓷膜的严重。     

抗污染陶瓷膜改性及其在处理含油污水中的应用

陶瓷膜是处理含油污水最有前景的方法之一。膜污染是处理过程中不可避免的现象，导致能耗增加和寿命降低，因此提高陶瓷膜在含油污水处理中的抗污染性非常重要。首先总结了陶瓷膜的各种改性方法，对比了改性陶瓷膜的性能。除了传统的溶胶-凝胶法和浸涂法外，原子层沉积法在控制层厚度和调整孔径方面也有望用于陶瓷膜改性。增强表面亲水性和表面电荷是提高陶瓷膜处理含油污水性能的两种最常用策略。纳米金属氧化物，如TiO₂、ZrO₂和Fe₂O₃以及氧化石墨烯被认为是陶瓷膜改性的潜在候选物，用于提高通量和降低污染。被动抗污陶瓷膜，例如光催化和带电陶瓷膜，在污垢控制、油截留和通量增强方面展现出潜力。最后对陶瓷膜的市场规模和发展趋势进行了展望，指出必须加速高端抗污染陶瓷膜的研发，以满足更复杂的含油污水处理，例如油田含聚污水、压裂返排液等。     

中空纤维陶瓷膜的研制现状与应用前景

相转化法制备中空纤维陶瓷膜是新近发展起来的一种陶瓷膜制造新工艺,它兼有了有机膜和无机膜制备方法的优点.中空纤维陶瓷膜具有比传统陶瓷膜比表面积大、自支撑体成膜、工艺简单和成本低等独特优势,因而在很多领域具有广泛的应用潜力和竞争力.本文主要介绍了利用高分子辅助方法制备如Al2O3、YSZ等中空纤维陶瓷膜的制备原理,研究进展及其在分离膜、质子导电膜、透氧膜和燃料电池等方面的应用现状.     

全通量陶瓷膜去除自来水中总铁和Zn2+的研究

通过以自来水为原水的连续试验,记录有效压差和对应出口流量的数据,推导出全通量即一次过水率达98%以上陶瓷膜的过膜压力(TMP);在不同流量条件下,全通量陶瓷膜对Fe、Zn2 金属离子去除率基本保持稳定,说明全通量陶瓷膜对运行负荷变化有一定的适应性;在不同有效压差情况下,全通量陶瓷膜对Fe、Zn2 金属离子去除率有较大变化,说明有效压差和Fe、Zn2 金属离子去除率之间存在较好的匹配关系。     

不同电解液体系下锆合金微弧氧化膜性能研究

微弧氧化是一种能有效提高锆合金耐蚀性的工艺手段。采用三种不同电解液体系制备出锆合金微弧氧化膜层,采用显微硬度计、XRD、EDS、SEM分别分析了陶瓷膜层的硬度、相组成、元素分布和表面形貌。结果表明:在硅酸盐体系中制备的陶瓷膜硬度最高,锆盐体系试样硬度最低。XRD分析表明,在三种电解液体系中制备的陶瓷膜的主要相均为M-Zr O_2和T-Zr O_2,并且M-Zr O_2居多,但在锆盐体系中制备的膜层发生局部腐蚀。     

镁合金微弧氧化和溶胶-凝胶复合陶瓷膜的制备及性能研究

为了提高镁合金的耐腐蚀性能,研究利用硅酸盐-磷酸盐电解液体在镁合金表面制备微弧氧化陶瓷膜层,然后在微弧氧化陶瓷膜层上通过溶胶-凝胶法制备复合膜层,并采用SEM、XRD等方法分析了复合膜层的组成和结构。结果表明,复合陶瓷膜层具备双层结构,主要由含晶态Mg2SiO4和MgO的微弧氧化层和TiO2凝胶层组成。电化学测试表明,复合陶瓷膜层相对于镁合金基体,腐蚀电流密度下降了2个数量级,耐蚀性大大提高。     

多孔陶瓷膜制备技术研究进展

多孔陶瓷膜具有化学稳定性好、机械强度大、耐酸碱、耐高温等优点,在石油和化学工业等苛刻环境中有着广泛的应用,多孔陶瓷膜的制备技术是推动多孔陶瓷膜产业发展的核心部分。多孔陶瓷膜制备技术的核心和关键是以提高陶瓷膜整体性能为导向,通过对陶瓷膜微结构的调控,实现陶瓷膜制备技术的突破。针对近十年来陶瓷膜领域的研究,概述了当前陶瓷膜领域在制备具有高渗透性、高渗透选择性的陶瓷膜以及陶瓷膜低成本化方面的研究进展,并对未来陶瓷膜领域的发展趋势及瓶颈性问题进行了讨论。     

燃煤烟气中CO2膜吸收分离技术的膜浸润特性述评

膜吸收法是分离燃煤烟气CO₂的主要工艺之一,膜润湿造成的膜阻力增加以及膜表面形态改变是膜吸收法研究中遇到的主要问题,阻碍了膜吸收法的广泛应用。本文在膜吸收法的基本原理基础上,阐述了影响膜润湿的因素（吸收剂种类、吸收液浓度、温度、液相压力和流速）以及膜特性因素（膜材料和膜结构）的最新进展,详细分析了膜与吸收剂之间的兼容关系,确定孔润湿是制约膜组件长期稳定运行的关键因素。最后提出了未来缓解膜润湿方面的主要研究方向：优化操作条件、开发新型性价比高的吸收剂和膜材料以及通过进行膜的表面改性等手段来改善膜和吸收剂的兼容性,提高膜接触器长时间运行的稳定性以及进一步细致探究如何恢复膜组件的性能,从而提高重复利用率。     

十二烷基硫酸钠对膜蒸馏过程影响

膜蒸馏具有较低的操作压力、操作温度以及运行成本等优点，因此在水处理方面有广泛的应用前景。但是膜蒸馏过程中的膜润湿和膜污染现象仍然是阻碍其工业化应用的主要问题。表面活性剂作为一种能显著降低溶液表面张力、改变进料液性质的物质，对膜蒸馏造成的影响值得被研究。基于此，研究了在直接接触式膜蒸馏（DCMD）过程中表面活性剂对不同商业微孔疏水膜造成的影响，选用了一种常见的阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)进行实验。结果表明，进料液中SDS浓度的上升会引起更为严重的膜润湿现象，并且所使用的三种商业膜中，双疏膜抗润湿性最强，而PVDF膜最弱。而当Ca²⁺大量存在于进料液中时，Ca²⁺与SDS的聚集降低了膜润湿的程度但其在膜表面的沉积造成了严重的膜污染。界面相互作用自由能的计算结果表明Ca²⁺/SDS与PVDF膜之间的吸引力最大、PTFE膜其次、双疏膜最小，这一结果与膜蒸馏过程中通量变化情况相符。     

膜蒸馏脱盐中膜污染与膜润湿的研究进展

膜蒸馏作为一种脱盐的新兴技术受到广泛关注。然而,因为实际水质组分复杂,可能含有如表面活性剂、油类物质、易结垢盐和有机溶剂等污染物,导致一般疏水膜在长时间运行情况下极易发生膜污染或者膜润湿,最终造成膜通量或截留性能降低。本文首先简述了不同种类的膜污染和膜润湿的特点及形成原因,并分析了膜污染和膜润湿之间的区别和联系。对膜蒸馏过程中膜污染和膜润湿的监测和预测手段进行了简要介绍,最后针对膜蒸馏脱盐过程,重点介绍了近几年国内外预防膜污染和膜润湿的研究进展。研究者一般从污染物与疏水膜的相互作用力着手对疏水膜进行表面改性制备全疏膜和Janus复合膜,避免污染物在膜面的吸附以及抑制表面或孔道润湿。越来越多的研究人员采用致密亲水膜的渗透汽化脱盐来从根本上避免疏水膜带来的润湿。除此之外,对进料液进行预处理也能显著延迟膜的污染和润湿,如混凝/沉淀、膜过滤、煮沸、pH调控等,还可通过改变进料方式、辅助外加磁场等措施控制膜表面局部区域的流体力学状态,减少污染物的附着。适当的膜后处理措施也能恢复膜性能。最后,文章指出了解决膜蒸馏中膜污染和膜润湿的研究方向。     

膜蒸馏脱盐过程膜润湿的研究进展

膜蒸馏（MD）适合在偏远地区小规模制备淡水,有脱盐率高、接近常压操作、可利用太阳能等优势。但MD膜润湿影响了装置的运行稳定性,是制约MD脱盐应用的重要因素之一。本文介绍了MD膜润湿的评价方法,包括测定透水压力、临界膜孔润湿深度及可视化在线监测膜润湿进程等;简述了膜污染、MD操作变量、膜蒸馏形式及不同结垢晶体各因素对膜润湿的影响;从防垢和强化通量、掌握合适的膜清洗周期、物理干预及提升MD膜性能等方面分析了抑制膜润湿的措施;并分析了一些脱盐实验时间较长的MD膜润湿情况;指出具有自清洁性的光催化膜及防垢性能更强的双疏膜和Janus膜,具有抑制MD膜润湿的巨大潜力。本文有助于对脱盐过程中MD膜润湿的预测和有效控制。     

Monitoring the spontaneous wetting process of hydrophobic microporous membrane assisted by alternating current impedance spectroscopy

In the process of membrane absorption, spontaneous wetting of hydrophobic microporous membrane causes membrane modification and increases membrane phase mass transfer resistance, which have attracted wide interest. However, due to the limitations of previous testing methods, the study of the spontaneous membrane wetting process is limited. Herein, we present a method for monitoring spontaneous membrane wetting by measuring its alternating current (AC) impedance. The impedance tests of the PVDF flat membranes and hollow fiber membranes were conducted in a two-electrode system. The results of equivalent circuit fitting indicate that the impedance value of the unwetted membrane is about 1.02×10¹⁰ Ω, which is close to the theoretical value of 1.4×10¹⁰ Ω, and this method can quantify the electrochemical impedance value of membranes with different degrees of spontaneous wetting. In addition, a method of impedance test for real-time monitoring of spontaneous wetting was designed. During the experiment, the timeliness and continuity of this method are confirmed with exact judgment under different conditions. In future work, the impedance data will be used to build model to predict the percentage of membrane wetting degree.     

膜基复合溶液吸收CO2过程模拟

建立了膜基复合溶液吸收CO₂传质微分方程模型,模型中考虑了MDEA-AMP复合溶剂吸收反应交互作用和溶剂对膜孔的湿润性两种因素,模拟了这两种因素、不同气液速及不同组件对传质过程的影响,通过SEM摄片考察了溶剂对膜结构形态的影响.结果表明：交互作用和湿润性是影响传质过程不可忽略的重要因素;MDEA和AMP的增强因子对总增强因子不具有加和性;湿润使膜相阻力迅速上升,成为传质阻力的主导项;高液速时膜孔易被湿润;SEM摄片发现溶剂使膜孔增大,长时间运行疏水性膜有亲水化趋势.考虑交互因子β和湿润率η的模型,模型值与实验值符合更好.     

纳米CaCO3的表面特性对PP/SBS复合材料力学性能的影响

采用浸润速度法袁征了4种不同纳米CaCO3粒子的表面特性,测定了这4种不同纳米CaCO3在乙醇中的浸润速度,并用这4种纳米CaCO3分别制备成聚丙烯(PP)/(苯乙烯/丁二烯/苯乙烯)共聚物(SBS)/纳米CaCO3复合材料。结果表明,用浸润速度较大的纳米CaCO3所制PP/SBS/纳米CaCO3复合材料的力学性能较高。     

CO2 capture based on Al2O3 ceramic membrane with hydrophobic modification

In this paper, Al₂O₃ ceramic membrane is modified to hydrophobicity by grafting 1 H,1 H,2 H,2 H-perfluorodecyltriethoxysilane. And its properties are characterized in detail. CO₂ capture performance of ceramic membrane is investigated by experiments. Results show that wetting resistance after modification is significantly improved, and contact angle increases from the initial 49.8–130.9°. However, hydrophobic modification has no significant effect on the crystalline phase, surface morphology and pore size distribution of the ceramic membrane. With ethanolamine (MEA) as absorbent, CO₂ mass transfer rate and capture efficiency using modified hydrophobic ceramic membrane are 46.6 × 10⁻³ mol/(m²·s) and 98.0%, showing significantly increase compared to the original membrane. After 72 h immersion in MEA solution, quality of ceramic membrane does not change significantly. And there is almost no change in average pore size. We believe this study will provide a reference for the industrial application for CO₂ capture by gas-liquid membrane contactor with ceramic membrane.     

复合溶液膜吸收CO2的性能及其对膜孔润湿的影响

利用自行搭建的CO₂膜吸收实验台，采用聚丙烯（PP）膜组件，以质量分数10%的N-甲基二乙醇胺（MDEA）作为主体胺溶液，添加不同配比的哌嗪（PZ）、乙醇胺（MEA）、甘氨酸钾（PG），考察CO₂脱除效率和传质速率的变化，比较不同复配比的复合溶液表面张力以及对PP膜的浸润性，并以10%MDEA+10%PG混合溶液作为吸收液进行长时间实验。结果表明：添加少量的添加剂对MDEA溶液膜吸收CO₂均有显著的促进作用，当配比小于0.2时，促进作用大小为PZ>MEA>PG；当配比大于0.2时，促进作用大小为PZ>PG>MEA；PZ和MEA均随着添加配比的增加，溶液表面张力减小，而PG相反；表面张力小的溶液对膜浸润性较强，容易造成膜润湿；添加剂质量分数均为10%时，对膜溶胀性和疏水性以及膜孔结构影响大小为PZ>MEA>PG；在20天内，PG/MDEA混合溶液作用下的CO₂脱除效率从89.56%下降为83.09%，对PP的疏水性影响较小，膜组件可以稳定运行。吸收液表面张力对膜吸收法脱除CO₂性能的影响显著。所得结果可为膜吸收CO₂吸收剂复配提供依据，并可为揭示膜吸收CO₂过程中膜润湿导致膜失效的机理以及抑制膜润湿提供实验数据。