Cu-Zn/α-Al_2O_3中空纤维抗菌膜的制备与性能研究

本工作将Cu-Zn合金粉末与α-Al_2O_3粉末共混,采用相转化烧结技术制备了Cu-Zn/α-Al_2O_3中空纤维膜其烧结温度为1 300℃。运用电子扫描显微镜(SEM)对中空纤维膜的横截面以及外表面进行了分析,并研究了Cu-Zn合金添加量对膜性能的影响以及膜的抗菌性能。结果表明,制备的Cu-Zn/α-Al_2O_3中空纤维膜的平均孔径范围为0.314～0.438μm,最佳Cu-Zn合金添加量为3%(质量分数,下同),此时纯水通量为2 462.11 L/(m~2·h),抗弯强度为8.11 MPa过滤除菌率为99.99%,抗菌率为73.1%。     

聚乙二醇增塑醋酸纤维素中空纤维膜的制备与性能

以聚乙二醇为增塑剂,采用熔融纺丝-拉伸法制备了具有海绵状孔结构的二醋酸纤维素(CA)中空纤维均质膜。通过场发射扫面电子显微镜、纯水通量、泡点孔径、孔隙率及力学性能测试讨论了成孔剂含量和拉伸条件对CA中空纤维膜结构和性能的影响。结果表明,随拉伸倍数和成孔剂含量提高,膜内外表面孔径均增大,孔隙率提高,通透性改善。随成孔剂含量提高,中空纤维膜断裂强度和断裂伸长率均降低;随拉伸倍数提高,中空纤维膜断裂强度提高而断裂伸长率降低。当成孔剂含量为55%,拉伸倍数为2.25时,所得膜性能较好,膜纯水通量为186.44 L/(m2·h),断裂强度为5.47MPa,断裂伸长率为5.30%。     

凝固浴组分对双凝固浴法制备PVDF膜结构和性能的影响

在内外凝胶浴中添加不同含量的溶剂,采用双凝固浴法制备了PVDF/PVP/DMAc中空纤维膜.通过膜形貌扫描电镜( SEM)表征,纯水水通量和牛血清蛋白(BSA)截留率测试实验,分析评价了凝固浴中溶剂含量对PVDF中空纤维膜结构与性能的影响.结果表明,凝固浴中溶剂含量增大会导致皮层孔隙率增多,而对亚层结构的影响各不相同.膜的纯水渗透通量变化无明显规律性,但BSA截留率保持相对稳定.当内外凝固浴中溶剂体积分数分别为30％和70％时,膜内部大孔发育良好,亚层疏松多孔,水通量分别为270 L/(m2,h)和548 L/(m2·h),显示了良好的渗透性能.     

混合添加剂对PVDF微孔膜结构和性能的影响

采用浸没沉淀相转化法(NIPS)制备聚偏氟乙烯(PVDF)微孔膜。研究了不同纳米二氧化硅(n SiO2)用量加入磷酸(H3PO4)形成不同配合比的混合添加剂,对PVDF微孔膜结构及性能的影响。研究结果表明,H3PO4和n SiO2可以改善膜的性能。在铸膜液中加入H3PO4和n SiO2后都获得了较高的孔隙率、平均孔径、纯水通量、膜通量。在n SiO2用量为0. 05%(wt,质量分数),H3PO4用量为5%(wt,质量分数)条件下,制得的PVDF微孔膜的性能相对较好,膜的孔隙率为63. 4%,膜的平均孔径为0. 76μm,膜通量为22kg/(m2·h),纯水通量为70. 6L/(m2·h)。     

SrCo_(0.4)Fe_(0.4)Zr_(0.2)O_(3-δ)混合导体中空纤维膜的制备及其氧渗透性能

基于相分离理论,采用干湿法纺丝技术结合后续的烧结工艺,制备出SrCo_(0.4)Fe_(0.4)Zr_(0.2)O_(3-δ)(SCFZ)混合导体中空纤维膜.借助于XRD、SEM、热膨胀分析以及氧渗透性能分析等手段,分别对样品的晶相结构,膜的微观形貌,中空纤维膜生坯的烧结行为以及膜的氧渗透通量进行了研究.结果表明,中空纤维膜晶相结构由钙钛矿主体相、SrZrO_3相及Co_3O_4相组成,SrZrO_3相含量随烧结温度升高而增大.膜断面邻近内外皮层均存在指状孔,膜壁中部区域为海绵孔,此结构由聚合物溶液沉浸相分离形成.综合烧结行为,XRD及SEM结果,再结合气密性和机械强度测试,确定生坯适宜的烧结温度为1240℃.在此条件下制备的SCFZ中空纤维膜力学性能优异,三弯矩断裂强度达到74.19MPa,在850℃时,空气/氦气梯度下的氧渗透通量为2.9×10~(-7)mol/(cm~2·s),并且在160 h的测试周期内保持稳定.     

多壁碳纳米管/Fe3O4/SiO2/聚氯乙烯共混膜的制备及性能研究

采用浓硫酸/浓硝酸(体积比3∶1)混酸改性、超声混融和化学水热法配制负载Fe_3O_4的多壁碳纳米管(MWCNTs),将酸化改性的MWCNTs/Fe_3O_4与纳米级SiO_2以适当比例混合超声研磨所得添加剂MWCNTs/Fe_3O_4/SiO_2与聚氯乙烯(PVC)、聚乙二醇(PEG)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)共混制膜,获得MWCNTs/Fe_3O_4/SiO_2/PVC共混膜。通过对膜的纯水通量、溶胀度、孔隙率、平均孔径和牛血清蛋白(BSA)截留率进行比较,结果发现:MWCNTs/Fe_3O_4/SiO_2/PVC的接触角为68.1°,纯水通量为111L·m2/h,BSA截留率为73.9%,皆较PVC膜有所提高,且膜的抗张强度(2.09MPa)和延伸率(17.01%)较MWCNTs/Fe_3O_4/PVC膜有所提高。     

聚乙二醇添加剂对聚砜正渗透膜性能的影响

以不同比例聚乙二醇(PEG400)为添加剂,通过相转化法和界面聚合过程,成功制备了一系列以聚砜为支撑层的复合正渗透膜.对铸膜液的热力学和动力学分析表明,PEG400添加量越多,相转化速率越快,而相转化速率又影响了正渗透膜支撑层的形貌结构.在不同PEG400质量分数下,支撑层的接触角、孔隙率接近.RO测试结果发现,随着PEG400质量分数增加,复合正渗透膜纯水通量增大,当PEG400质量分数为8%时,正渗透膜的纯水渗透系数(A)值最大[16.2L/(m~2·h·MPa)],膜结构参数(S)值最小(516μm).在FO测试中发现,随着PEG400质量分数的增加,正渗透膜水通量(Jv)先增大后减小,在PEG400质量分数为8%时达到最大值,分别为12.5L/(m~2·h)(AL-FS模式,活性皮层面向料液)和23.8L/(m~2·h)(AL-DS模式,活性皮层面向驱动液).实验表明,8%的PEG400添加量可以最有效地降低支撑层的内浓差极化程度.     

粗细粉混用法制备堇青石膜支撑体

将粒径分别为1.5和25μm的堇青石粉体按一定比例球磨混匀,添加适当的粘结剂和造孔剂,经捏合、陈腐、挤出成型及烘坯处理后,程序升温至一定温度烧结2h制备膜支撑体.结果表明,细粉含量20%(质量分数)、1400℃烧结所得的支撑体综合性能较好:钝水通量为10.3m3/(m2·h);爆破压力为2.21MPa.其浸渍于5%(质...     

异径聚偏氟乙烯中空纤维膜制备及其性能研究

为增强膜材料的抗污染性能,通过对于湿相转化法制膜过程中铸膜液及芯液挤出频率及强度的调节,研制出内径呈规则性波动的异径聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维微孔膜.系统研究了异径膜的波动周期、内径比对膜强度、通量及其耐污染性的影响规律.结果表明,随着波动周期的减小、内径比的增加,膜丝的始泡点略有减小,通量显著提高.波动周期为5.0 cm时,膜的内径比从1.0增加到1.4时,纯水通量由180.1 L/(m2·h)增至260.0 L/(m2·h);在卵清蛋白溶液中通量的衰减比由39.1％降至27.5％.内径比为1.3时,膜丝从无波动至波动周期减小到4.0 cm时,纯水通量由180.1 L/(m2·h)提高至234.1 L/(m2·h);在卵清蛋白溶液中通量衰减比由39.1％降至32.7％.     

聚偏氟乙烯超滤膜的超声辅助清洗及抑垢

研究了40 kHz超声波处理器在特定声强(1 700和2 700 W/m2)下对聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜组件的破坏情况、浸泡时间对清洗效果的影响、超声协同化学浸泡对膜的清洗效果和超声抑垢过程.得出普通清洗方法清洗时间以6 h最佳,通量提高率为19.2%;利用超声辅助清洗,通量提高率为71%.在抑垢试验中,膜初始通量(纯水通量)为48.6 L/(m2·h),在无超声及无曝气条件下,使用180 min后,通量降至37.26 L/(m2·h),为初始通量的67.4%;当开启声强为270 W/m2及曝气和600 W/m2超声及曝气后,超滤180 min,膜通量为43.16和45.36 L/(m2·h),为初始通量的89.7%和94%,均好于未开超声时的效果.高的声强,抑垢效果好.     

SiO2/PSf杂化超滤膜制备和性能研究

分别以粉末和溶胶-凝胶的方式向聚砜铸膜液中添加不同含量的SiO2,通过L-S相转换法制备SiO2/PSf杂化超滤膜.比较两种体系在不同SiO2含量下铸膜液的稳定性、黏度,及膜的微观结构、平均孔径、孔隙率、渗透性能和机械性能.结果表明,以溶胶-凝胶方式添加SiO2的铸膜液更加稳定,各方面性能更好.粉末添加下SiO2含量为2%时效果较好,水接触角为62°,纯水通量为141 L/(m2·h),对腐殖酸(Mr=370 000)的截留率为83.7%;溶胶-凝胶添加下SiO2含量为8%～10%时效果较好,水接触角为40°,纯水通量为182 L/(m2·h),对腐殖酸(Mr=370 000)的截留率为92%.     

膜蒸馏海水淡化用疏水性钇稳定氧化锆中空纤维膜的制备与表征

采用相转化/高温烧结技术方法制备了多孔钇稳定氧化锆(YSZ)中空纤维膜, 中空纤维膜的外径1.92 mm, 壁厚为0.21 mm。SEM分析表明: 纤维膜为典型的三明治结构, 靠近膜内外表面为指状孔, 中间区域为海绵状层。采用阿基米德法测得其孔隙率为54%。用泡点法测得其平均孔径为0.56 μm。通过表面接枝氟硅烷将其亲水性的表面改变为疏水性。真空式膜蒸馏实验表明YSZ中空纤维膜具有优异的盐水淡化性能。当膜的外侧与温度为80℃、浓度为4wt%的循环盐水接触, 膜的内侧用真空泵抽至4×10³ Pa时, 膜的水渗透通量高达48.3 L/(m²•h), 脱盐率大于99.7%。     

Al2O3含量对PVDF/PVC/Al2O3共混中空纤维膜的影响

以聚偏氯乙烯(PVDF)、聚氯乙烯(PVC)和纳米氧化铝(Al2O3)三元共混,制备中空纤维膜,探讨Al2O3含量对膜性能的影响。结果表明,由于适量Al2O3的加入,中空纤维膜膜孔结构明显改善,大孔减少,微孔增多;亲水性明显提高。Al2O3为最佳含量3%时,水通量和截留率分别达到了289L/(h·m2)和77.2%。     

PVDF疏水中空纤维膜与组件对真空膜蒸馏性能的影响

利用高孔隙率的聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维疏水膜进行真空膜蒸馏(VMD)脱盐实验.在真空度0.095MPa,盐水温度60℃,流速1.5kg/min的条件下,着重研究了中空纤维膜内径、壁厚,组件长度、装填纤维数目等结构参数对VMD性能的影响.结果表明:组件长度或装填纤维数目增加,组件产水通量明显降低而总产水通量明显提高;中空纤维膜内径对VMD产水通量影响较小,而膜壁厚增加使通量明显降低;用内径1.0mm壁厚0.1mm的膜制成的长度21cm装填纤维50根的膜组件,产水通量达到21.8kg/(m2·h).VMD过程产水的电导率保持在4μS/cm以内,脱盐率达99.99%,受膜、组件结构及操作条件影响很小.     

新型杂萘联苯聚醚砜酮中空纤维超滤膜的研制

以杂萘联苯聚醚砜酮(PPESK)为膜材料,N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)为溶剂,乙二醇甲醚(EGME)、丁酮和1,4-二氧六环为添加剂,采用干-湿相转化法制备了中空纤维膜.考察了聚合物浓度、添加剂种类、添加剂含量和干纺程对中空纤维超滤膜性能的影响.结果表明,当干纺程为15~20 mm时,聚合物浓度为19%~22%,添加剂为乙二醇甲醚时,中空纤维膜对PEG6000的截留率高于95%,纯水通量为100~120 L/(m2.h).     

四通道中空纤维丝光沸石膜的制备与表征

采用二次生长法在壁薄、装填密度大的四通道中空纤维表面制备出高性能的丝光沸石(MOR)分子筛膜.系统研究了制膜液组成、合成温度及合成时间对MOR分子筛膜质量的影响.结果表明,当K2O/SiO2比为0.08,合成温度为170℃,合成时间为16h时,所制备的MOR分子筛膜质量最佳,75℃下其对于质量分数90%乙醇/水体系的膜通量及分离因子分别为1.05kg/(m2·h)、3 374,并进一步探讨了操作温度及料液水含量对膜性能的影响.此外,研究表明,所制备的MOR分子筛膜对于甲醇/水、异丙醇/水和乙酸/水体系也具有良好的分离效果.其中75℃下对于质量分数90%异丙醇/水体系的膜通量及分离因子可达1.45kg/(m2·h),6 963,在质量分数90%的乙酸/水体系中可保持长时间稳定运行,说明其具有良好的耐酸性.     

中空纤维复合纳滤膜的制备与表征以及醇的影响

以聚醚砜(PES)中空纤维超滤膜为基膜,采用界面聚合法制备聚哌嗪酰胺中空纤维复合纳滤膜。其最佳工艺条件为哌嗪(PIP)1.5%(质量分数),均苯三甲酰氯(TMC)0.2%(质量分数),聚合时间30 s,热处理条件80℃/20 min。在0.3 MPa、25℃条件下,该纳滤膜的纯水通量33.6 L/m2h,对1 000 mg/L MgSO4溶液的截留率为85%。作为添加剂的醇,其羟基数及含量不同,对膜性能的影响也不同,可以通过这些因素的调控来提高膜的截留性能。     

能量回收式膜蒸馏组件的设计和性能

针对膜蒸馏过程热效率低、耗能高的问题,设计了新型能量回收式膜蒸馏组件,其特点是膜蒸馏组件由中空纤维膜、换热管和隔网组成,通过换热管回收膜蒸馏过程的能量,通过隔网将中空纤维膜和换热管隔开,减少了膜蒸馏过程中热传导传递的热量,采用新型能量回收式膜蒸馏组件对质量分数3.0%的氯化钠溶液进行浓缩实验,考察膜管比例、组件长度以及空气隙宽度对膜蒸馏过程膜通量、造水比和热效率影响.实验结果表明,在原料液进料温度T1为40.0℃,T3为90.0℃,流量为10.0L/h,气隙间隙为0.5mm,换热管根数Nd/中空纤维膜根数Nm为2∶1时,膜通量为3.1kg/(m2·h),造水比为4.3,热效率为85%.     

基于NIPS法聚苯砜超滤膜海绵孔结构的微观调控

以聚苯砜(PPSU)为膜材料,N-甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂,采用NIPS法制备了高通量全海绵孔结构的PPSU超滤膜,对膜微观结构、纯水通量、亲水性、孔隙率及孔径进行了表征,考察了添加剂和凝胶浴组成对膜微观结构和性能的影响.结果表明,在双组分凝胶浴(70%NMP-30%H_2O,质量分数)下,PEG1000和PVP的加入使指状孔结构增多,膜通量从29.64 L/(m~2·h)上升到317.50 L/(m~2·h),同时可改善膜亲水性,接触角从76.30°降到65.82°.在三组分凝胶浴(质量分数70%NMP-乙醇-H_2O)下,乙醇的加入可促进海绵孔结构的形成,膜通量从139.43 L/(m~2·h)降到49.30 L/(m~2·h),乙醇质量分数为4%时,得到全海绵孔结构的PPSU膜,此时膜通量为70.46 L/(m~2·h).     

担载型中空纤维混合导体氧渗透膜的制备与性能研究

采用干湿法纺丝技术制备Sr_0.7Ba_0.3Fe_0.9Mo_0.1O_3-δ(SBFM)中空纤维支撑体, 以Nb₂O₅掺杂的SrCo_0.8Fe_0.2O_3-δ (SCFNb)为膜材料, 采用旋转喷涂结合共烧结技术制备出担载型SCFNb/SBFM中空纤维氧渗透膜。借助于XRD、SEM、热膨胀分析、透氧及膜反应性能测试等手段, 分别对样品的晶相结构、膜微观结构、支撑体与膜层的烧结行为、膜的氧渗透通量及膜反应性能进行了研究。结果表明, 膜层与支撑体的晶相结构仍保持钙钛矿主体相。支撑体具有单一海绵孔/指状孔结构, 膜厚为5 μm且致密无缺陷, 膜层与支撑体结合良好。在900℃时, 氧渗透通量达到0.74 mL/(cm²·min)。850℃下甲烷部分氧化膜反应稳定操作超过200 h, 稳态下氧渗透通量为4.5 mL/(cm²·min)。研究表明, 担载型SCFNb/SBFM中空纤维氧渗透膜具有较高的氧渗透通量, 同时具有良好的膜反应稳定性。