膜蒸馏脱盐用超疏水复合膜的研制

通过溶胶凝胶法和表面涂覆法,先后在PVDF中空纤维膜表面引入亲水SiO_2纳米粒子和低表面能PDMS涂层,构建具有高粗糙度、低表面能的超疏水复合膜,并探究SiO_2粒径、SiO_2溶液涂覆时间、PDMS涂覆时间等条件对复合膜性能的影响。SiO_2/PVDF复合膜接触角只有25.8°,而PDMS/SiO_2/PVDF复合膜接触角则达到162.3°,膜蒸馏通量约24.5 kg/(m~2·h);在60 h质量分数3.5%氯化钠盐溶液膜蒸馏测试中性能稳定,截留率始终保持在99.8%以上.     

聚偏氟乙烯膜的超疏水改性研究

为提高疏水膜的疏水性能,使其可在膜蒸馏、膜吸收等领域有更广泛的应用.采用溶液相转移法制备超疏水性聚偏氟乙烯(PVDF)分离膜,考察了铸膜液中PVDF和非溶剂(低分子二醇类化合物PG)的浓度对膜润湿性能的影响.结果表明,通过改变铸膜液中PVDF、PG的浓度,能使PVDF膜的表面静态接触角从75.1°提高到161.7°,滚动角仅为15.8°.还研究了PVDF复合膜的制备条件对膜润湿性能的影响,结果表明,在一定的非溶剂浓度范围,增加复合膜涂覆液中非溶剂PG的加入量,有利于得到较高的复合膜表面接触角,但膜丝在涂覆液中的浸泡时间也需要相应延长.当非溶剂PG的质量分数为39.1%、浸泡时间为50 s时,复合膜表面接触角达到了155°.     

硅橡胶/PVDF中空纤维复合膜制备与膜蒸馏性能研究

采用溶液涂覆-固化法制备了硅橡胶/聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维复合膜,实验研究了涂覆次数、硅橡胶溶液浓度、涂覆温度和固化温度等对膜结构与性能的影响。初步探讨了复合膜在处理包含表面活性剂水体过程中膜蒸馏(MD)性能的稳定性。结果表明,利用溶液涂覆-固化的方法,涂覆3次可制得均匀、稳定的复合膜,膜表面的纯水接触角由78°(PVDF膜)提升到149°。在针对含有表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)料液的膜蒸馏处理过程中,原始PVDF膜在实验进行约20min发生亲水化泄漏;该复合膜在连续2h持续运行实验内,膜蒸馏通量保持在约36.6kg/(m~2·h),产水电导率约为16.0μS/cm。     

膜蒸馏用抗污染PVDF复合膜的制备与研究

提高膜表面的疏水化及液体进入压力(LEP)是减缓膜蒸馏过程中膜污染问题的有效策略.以聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜为基膜,采用浸渍涂覆-固化法将乳液组装到PVDF膜表面,制备了具有抗污染性能的复合膜.探究了涂覆时间对膜的形貌及性能的影响,并考察了复合膜的抗污染和抗结垢性能.结果表明,当涂覆时间为20 min时,复合膜的水接触角达到115°,LEP达到0.75 MPa.在DCMD浓缩实验中,复合膜在分别处理质量分数3.5%NaCl、质量浓度50 mg/L的HA和14.7 mmo/L CaSO₄水溶液时,膜通量稳定,冷凝液电导率保持在10μS/cm以内,表现出优异的抗污染和抗结垢性能.此外,考察了中空纤维复合膜的稳定性.结果表明,复合膜在浓缩质量分数3.5%NaCl水溶液时,膜通量为16 kg/(m²·h),冷凝液电导率保持在15μS/cm以内,表现出良好的长期稳定性能.     

SiO_2/PDMS复合膜的制备及其渗透汽化性能研究

以PVDF为支撑层,制备了疏水性二氧化硅(SiO2)填充聚二甲基硅氧烷(SiO2/PDMS)复合膜,通过扫描电镜、接触角测试和热失重分析对复合膜微观形貌、表面疏水性和热性能进行了表征。研究发现,SiO2的加入,可以有效提高PDMS膜的表面疏水性和热稳定性。疏水性SiO2与PDMS基体结合紧密,当SiO2填充低于3%(wt,质量分数,下同)时,纳米粒子在PDMS基体中分散均匀,未发现明显团聚。将复合膜用于渗透汽化乙醇/水体系的分离,发现SiO2的加入,在填充量为1.5%时,SiO2/PDMS复合膜综合分离性能优于纯PDMS膜,尤其是操作温度升高时,与纯PDMS膜相比,复合膜分离因子下降幅度较小,而渗透通量增加较快,表现出较好的综合分离性能。     

PTFE平板微孔膜的超疏水改性研究

通过溶胶凝胶法在聚四氟乙烯(PTFE)平板微孔膜表面形成Si O2微纳米粒子,再采用全氟癸基三甲氧硅烷(FAS-17)对其进行修饰,获得超疏水表面的PTFE平板微孔膜。考察了正硅酸乙酯(TEOS)和三甲基三乙氧基硅烷(MTES)配比、FAS-17浓度等对平板膜疏水性和微孔结构的影响,并研究了其膜蒸馏性能。结果表明,改性后Si O2纳米粒子可均匀附着和内嵌在膜的原纤-结点网络结构内;当MTES/TEOS的比例和FAS-17浓度增大时,膜表面静态接触角(WCA)先增加后减小,膜孔径和孔隙率也随之减小;当MTES/TEOS的比例为1∶1,FAS-17浓度为4%(质量分数)时,改性膜的WCA达到154°,滚动角(RA)为8°,达到超疏水效果;由于超疏水作用,改性膜在膜蒸馏运行过程中膜污染程度降低,产水通量恒定在3.65 kg/h·m2左右,脱盐率保持99.8%以上。     

PVA-PAA/PTFE复合膜的制备及其在膜蒸馏中浓缩垃圾渗滤液的性能

膜蒸馏(MD)技术由于受浓差极化影响小,有望在浓盐水的深度浓缩中发挥作用,但在实际运行过程中会面临膜污染和润湿的问题.本研究采用旋涂法在商用疏水性聚四氟乙烯(PTFE)膜上涂覆一层亲水性皮层,制备了一种Janus复合膜.该皮层由聚乙烯醇(PVA)和聚丙烯酸(PAA)通过高温脱水缩合而成,在热水中性质稳定,具有较强的耐污染能力.Janus复合膜具有不对称的润湿性,PTFE膜表面呈疏水性,空气中水接触角为144.3°;涂层在空气中亲水,水接触角为59.1°,水下憎油.采用Janus复合膜,以含500 mg/L腐殖酸(HA)、14.7 mmol/L硫酸钙(CaSO₄)以及各自添加氯化钠(NaCl)的溶液作为进料液,进行直接接触式膜蒸馏(DCMD)测试.浓缩不含NaCl的HA溶液以及含有NaCl的HA溶液时,两种膜的通量相差不多,复合膜通量分别为16.2 kg/(m²·h)和15.5 kg/(m²·h).浓缩1.9倍CaSO₄溶液时,PTFE膜的通量为14.9 kg/(m²·h),复合...     

陶瓷基碳纳米管复合膜的光热膜蒸馏性能研究

构筑新型光热多功能蒸馏膜界面具有重要的研究价值,本研究以氧化铝(Al₂O₃)陶瓷膜作为载体,通过原位化学气相沉积(CVD)过程制备了氧化铝-碳纳米管(Al₂O₃-CNTs)复合膜,复杂交错的CNTs网络结构同时为复合膜提供了较好的疏水性以及高效的光热转换性能.Al₂O₃-CNTs膜的氮气渗透性为1 135.14 m³/(m²·h·MPa),水接触角达到171.0°,液体渗透压力为0.15 MPa.复合膜在模拟太阳辐照下辐照600 s后,表面温度升高至82.7℃,光吸收率最高可达66.2%.通过研究传统膜蒸馏及光热膜蒸馏性能,结果表明,在进料液温度为75℃,流速为60 r/min,进料液质量分数为3.5%NaCl溶液的情况下,相比于传统膜蒸馏过程,该复合膜在4 kW/m²的模拟光照强度下,通量提升率为33.7%,太阳能利用效率达到22.7%,同时盐截留率(>99.8%)和渗透侧电导率(&...     

纳米粒子超疏水改性聚偏氟乙烯膜的研究

利用喷涂沉淀法对聚偏氟乙烯(PVDF)膜进行表面改性,考察了喷涂液中纳米粒子(NP)的浓度和纳米粒子与胶粘剂(PDMS)的质量比对聚偏氟乙烯改性膜性能的影响.测定了改性前后聚偏氟乙烯膜的表面接触角以及膜的结构变化,并研究了膜的抗润湿和抗污染性能.结果表明,当喷涂液中纳米粒子的质量浓度为1%,纳米粒子与胶粘剂的质量比为4:5时,膜表面接触角从102°提高到156°.在直接接触式膜蒸馏实验中,改性膜的抗润湿性能和抗污染性能均较改性前有较大的提高.     

高交联温度下聚二甲基硅氧烷/聚醚砜渗透汽化复合膜的制备及性能研究

以聚醚砜(PES)平板多孔膜为支撑层,聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜为分离层,在高温交联条件下制备了PDMS/PES渗透汽化复合膜。用扫描电镜对复合膜形貌进行了表征,复合膜表面平整、致密,分离层与支撑层外表面结合紧密。研究了PDMS质量分数对膜产生最高衍射峰时对应的2θ值、水与乙醇的接触角以及以10%(质量分数)乙醇水溶液为料液,30℃下复合膜渗透汽化分离性能的影响。结果表明:随着PDMS含量的增加,产生最高衍射峰时对应的2θ值先增大后减小。当PDMS含量为15%(wt,质量分数,下同)时,PDMS/PES复合膜有良好的疏水性和亲醇性,PDMS/PES复合膜的分离因子最大,最大值为4.60,对应的渗透通量为10325.54g/(m~2·h),分离指数出现最大值为47483.02。因此,15%PDMS条件下制备的PDMS/PES复合膜综合性能最好。     

巯基烯烃点击反应制备超疏水聚偏氟乙烯中空纤维膜及其加湿性能

为更好地发挥中空纤维膜加湿器的加湿作用,提高加湿性能,提出对中空纤维膜进行超疏水改性.利用溶胶凝胶法制备二氧化硅(SiO2),八乙烯基笼型倍半硅氧烷(OV-POSS)与巯基-聚二甲基硅氧烷(PDMS-SH)通过巯基烯烃点击反应形成POSS-S-PDMS聚合物,利用涂覆法将其涂覆在聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜表面.在膜表面与涂层、涂层与涂层之间均利用化学键连接以提高涂层的牢固度,制备了一种具有SiO2-PDMS-POSS稳定性涂层的超疏水复合膜.研究了光引发剂的质量分数、二氧化硅粒径影响因素对复合膜的影响,并对复合膜进行了表征.最终制备的复合膜接触角达到156°,加湿效率由48％提高为58.32％.     

聚偏氟乙烯中空纤维膜表面疏水化制备方法研究

提出了一种新的多孔膜表面疏水化处理方法,通过超滤操作,使分散液中聚偏氟乙烯(PVDF)颗粒沉积在PVDF中空纤维膜表面,然后进行干燥处理,利用PVDF材料特有的本体粘附效应,得到表面疏水化改性的PVDF膜。通过超声处理改性后的PVDF膜,验证了表面疏水层与基膜的结合稳定性。初步优化了涂覆工艺条件:预洗酒精体积浓度80%;预洗基膜时间120min;涂覆后膜丝干燥时间60min;PVDF颗粒固含量0.099%(质量分数);涂覆压力0.050MPa;涂覆时间30min。涂覆后PVDF中空纤维膜内表面接触角从(83±3)°提高至(144±3)°。涂覆后的膜应用于高污染的发酵液膜蒸馏中,抗亲水化时间从180min延长至380min。     

粒子涂覆法制备超疏水PVDF中空纤维膜

将刻蚀法和超滤涂覆法结合对膜表面进行疏水化处理.对聚偏氟乙烯(PVDF)粒子进行刻蚀,使其表面粗糙化,通过超滤方式将其涂覆在PVDF中空纤维膜表面,构建出微纳米粗糙结构的疏水膜表面,可获得表面接触角为159.7°的超疏水表面,同时膜孔不会被涂覆层堵塞.采用有一定溶解能力的分散液进行超滤涂覆,涂覆层和基膜之间发生溶剂化本体粘接,可明显提高涂覆层牢固性.PVDF粒子最佳刻蚀条件:刻蚀剂溶解度参数为19.11(J/cm~3)1/2,刻蚀时间为20min,温度为35℃.分散液溶解度参数为25.87(J/cm~3)1/2,粒子涂覆量为18.0g/m~2为最优涂覆条件.通过性能测试发现,涂覆膜表现出超疏水特性,同时其透水透气性能与原膜无明显变化.     

PDMS/PEI复合膜对FCC汽油的脱硫性能(Ⅰ)制膜条件影响

以聚醚酰亚胺(PEI)超滤膜为支撑层,聚二甲基硅氧烷(PDMS)为复合层,制备PDMS/PEI渗透汽化复合膜对流体催化裂化(FCC)汽油脱硫.通过傅立叶红外光谱仪(FTIR-ATR)对PDMS/PEI复合膜表面进行了结构分析,考察了交联前后官能团的变化.通过扫描电子显微镜(SEM)分析了复合膜表面和断面的形态.将制备的复合膜应用于正庚烷和噻吩体系,研究了不同聚合物PDMS浓度、交联剂浓度,交联温度和交联时间对分离性能的影响,从而得到最佳制膜条件,并考察了膜的溶胀性和在长时间操作下的稳定性.     

疏水膜材料的膜孔润湿与干燥研究

针对疏水膜润湿后的膜孔干燥问题,提出一种新的膜孔干燥方法,认为疏水膜存在一个临界润湿深度和自脱水效应,当膜孔被润湿深度小于该疏水膜材料的临界润湿深度时,利用表面张力的作用,疏水膜可以实现膜孔的自脱水。以十二烷基苯磺酸钠溶液作为快速污染物,用聚偏氟乙烯中空纤维疏水膜进行减压膜蒸馏的润湿与自脱水干燥实验,实验结果表明,对于所使用的3种不同厚度的膜丝,疏水膜的确存在临界润湿深度,其值均为(19.5±0.5)μm,与所用膜丝的厚度无关。在膜孔润湿深度小于临界润湿深度时对疏水膜进行清洗,可以实现疏水膜的自脱水干燥,从而实现膜蒸馏过程的持续运行。     

聚偏氟乙烯/聚二甲基硅氧烷复合纳米纤维膜的渗透汽化脱盐性能研究

以静电纺丝聚偏氟乙烯(PVDF)纳米纤维膜为多孔支撑层,在其上涂覆聚二甲基硅氧烷(PDMS)为致密分离层,制备了PVDF/PDMS复合纳米纤维膜,并对复合膜的渗透汽化脱盐性能进行了研究。在涂覆操作前,使用堵孔剂聚乙二醇处理PVDF纳米纤维膜,以降低涂覆过程的孔渗问题,有效提高了复合膜对盐离子的截留能力。通过扫描电子显微镜、热重分析仪和红外光谱仪等手段表征了复合膜的微观形貌、热稳定性和表面官能团形式。结果表明:聚乙二醇浓度为12%(wt,质量分数,下同)为最佳处理条件。操作温度为25℃时,渗透汽化脱盐通量可达6.46L/(m~2·h),NaCl截留率为98.8%;升温至75℃,通量可达19.3L/(m2·h),NaCl截留率为95.6%。     

等离子体处理对PLA膜亲水性及与CNF膜粘附性的影响

目的利用低温等离子体处理PLA膜以提高其亲水性及粘附性,为制备PLA/纳米纤维素复合膜提供一种方法。方法利用单因素试验法探究低温等离子体处理时的放电电压(50～175V)和放电时间(10～50s)对PLA膜表面亲水性和粘附性的影响规律。通过测定PLA膜表面接触角及PLA/纳米纤维素复合膜的剥离强度,分析亲水性及粘附性的变化。利用原子力显微镜观察其微观表面形貌、X射线光电子能谱分析PLA膜表面由疏水性向亲水性转变的机理,并对PLA膜的力学性能及阻隔性能进行分析。结果 PLA膜在低温等离子体条件(放电电压为125V、放电时间为40s、电极距离为4.5cm,氧气流速为1 mL/min,真空度为16.0 kPa)下处理后,其亲水性及与纳米纤维素膜的粘附性达到最佳。此时,PLA膜的接触角由90.0°降至42.4°,PLA/纳米纤维素复合膜的剥离强度为39.5 N/m。结论低温等离子体处理使PLA膜表面由疏水性转变为亲水性,且处理后的PLA可较为牢固地与纳米纤维素膜粘附在一起,从而为PLA/纳米纤维素复合膜的制备提供了一种可行方法。同时,低温等离子体处理对PLA膜的力学性能及阻隔性能没有显著影响。     

炭膜表面疏水改性及老化性能研究

采用溶胶凝胶法,以正硅酸乙酯(TEOS)和甲基三乙氧基硅烷(MTES)为混合硅源,合成疏水硅溶胶,将其浸渍涂覆在卷式炭膜上,经干燥、热处理制备了具有高疏水性能的疏水炭膜.考察了硅溶胶制备工艺和膜热处理工艺对所制备炭膜疏水性能的影响.采用水接触角测试仪、TG、FTIR、AFM、SEM和TEM等测试手段,对疏水炭膜的表面结构和疏水性能进行了表征.结果表明,通过硅溶胶表面改性,在炭膜表面引入了甲基化的二氧化硅的表面结构,提高了其疏水性能.硅溶胶的制备工艺对所制备疏水炭膜的表面化学结构、形貌及粗糙度有较大的影响.其中硅溶胶合成反应温度对提高膜表面疏水性能的影响最为显著;膜表面甲基基团含量对改善炭膜表面的疏水性能起到决定性作用.通过控制硅溶胶合成和膜的热处理工艺可以有效地调控疏水炭膜的表面疏水性能;在最佳条件下制备的疏水炭膜,其表面粗糙度为34.263nm;水接触角达到138°左右,表现出良好的疏水性能.气体渗透性能测试表明,炭膜疏水改性对炭膜的气体渗透性能影响较小,但明显地提高了炭膜的抗老化性能.     

聚偏氟乙烯超疏水分离膜的制备

采用溶液涂覆-浸没相分离法对聚偏氟乙烯膜(PVDF)进行表面复合改性,制备了超疏水分离膜。初步考察了涂覆液中PVDF固含量和涂覆条件(浸泡时间、预蒸发时间、凝固浴组成和凝固浴温度)对复合膜疏水性能的影响。实验结果表明,当涂覆液中PVDF含量为1.88%(质量分数)时,膜丝有最大接触角136°;复合膜的接触角随浸泡时间的延长呈现先增大后减小的趋势,当浸泡时间为40s时,接触角最大,达到133°;在较短时间内(0～5s),预蒸发时间对复合膜的接触角影响不大;复合膜的接触角随着凝固浴中DMAc含量的增加而逐渐减小,随着凝固浴温度的增大而增大,当凝固浴温度为65℃时,膜表面的接触角增至153°。     

甲基修饰二氧化硅膜的表面自由能与表面结构

以正硅酸乙酯(TEOS),甲基三乙氧基硅烷(MTES)为硅源,硝酸为催化剂,制备了甲基修饰的二氧化硅膜,研究了MTES改性二氧化硅膜的表面润湿性与表面结构的关系以及MTES改性二氧化硅膜的吸水率.用已知表面张力的液体测定接触角,按扩展的Fowkes式计算试样的表面张力γs及其三组分值γsd(色散力)、γsp(偶极矩力)和γsb(氢键力),用热重分析(TG)法测定二氧化硅膜的吸水率.结果表明,随着MTES/TEOS摩尔比增大,二氧化硅膜的表面自由能显著减小,表面润湿性降低,主要是表面张力中氢键力组分的贡献.X射线光电子能谱分析表明,这是由于二氧化硅颗粒表面Si-CH3基团增加而Si-O和O-H基团减小所致.随着MTES/TEOS摩尔比增大,二氧化硅膜的吸水率降低,疏水性二氧化硅膜的MTES/TEOS摩尔比应大于0.8.