低温CF4等离子体改性亲水聚醚砜膜及其在直接接触式膜蒸馏中的应用

膜蒸馏是一种低能耗、高效率的海水淡化技术.文章借鉴了制备压力推动膜材料的思路,采用非对称、孔结构高度连通的亲水聚醚砜膜,通过CF4等离子体表面改性,将亲水膜改性为疏水膜材料,并应用于直接接触式膜蒸馏(DCMD)过程.对膜的结构,接触角和DCMD性能进行了表征.结果显示,改性后PES膜表面水接触角达120°.以4％ NaC1水溶液为原料,膜蒸馏中水通量达44 kg/(m2·h)(盐水温度72.6℃,冷水侧温度15℃),对盐的截留率达99.96％.实验表明,孔连通性较好的小孔径聚醚砜膜具有较好的膜蒸馏性能,可能成为具有商业用途的膜材料.     

聚醚砜微孔膜的疏水改性及其在膜蒸馏中的应用

以全氟正己烷为等离子体源对聚醚砜微孔膜进行表面疏水改性,X光电子能谱(XPS)分析结果证实了全氟正己烷在膜表面的存在,膜表面氟含量最高达到49%.改性后的膜疏水性显著提高,水接触角从92°提高到123°.扫描电镜结果显示改性膜的表面被一薄层覆盖,但膜的本体结构无明显变化.将改性后的膜用于真空膜蒸馏淡化模拟海水的试验中,结果表明在雷诺数较小的情况下,改性膜的脱盐率达99.99%,通量达4530ml/(m2·h).     

活性炭氟烷基化及PVDF混合基质疏水膜研制

通过酸化-酯化反应,在活性炭(AC)微粒上接枝十二氟烷基,进而将其引入聚偏氟乙烯(PVDF)膜本体,制备PVDF/AC-DFH混合基质膜。研究了改性AC与PVDF相容性,以及对膜的疏水性和膜蒸馏性能的影响。结果表明,经过氟烷基化改性之后,AC与膜之间的相容性得到有效提升;混合基质膜的疏水性有明显提高,水接触角达到128.2°;当掺杂碳含量为0.15%(质量分数)时,混合基质膜的膜蒸馏通量达到41.4kg/(m~2·h),相比于掺杂未改性AC的PVDF/AC膜,提高了38.9%。     

CF_4等离子体改性超疏水膜蒸馏膜材料

膜蒸馏膜的疏水性是控制出水品质和过程运行稳定性的关键之一.本文系统总结了本课题组采用CF4等离子体对亲水、疏水膜材料进行疏水改性用于膜蒸馏的研究进展,描述了CF4等离子体的改性机理及疏水改性膜的直接接触式膜蒸馏过程的性能等.对超疏水改性对膜性能影响的机理进行了探索,发现(超)疏水改性可提高膜蒸馏过程的有效蒸发面积,从而提高膜蒸馏过程的热效率和通量,为制备高性能新型蒸馏膜材料提供了新思路.     

DVB改性超疏水纤维膜及其在膜蒸馏中的应用

以安全无毒的低能量单体二乙烯基苯(DVB)取代1H,1H,2H,2H-全氟癸基丙烯酸酯(PFDA),作为引发式化学气相沉积的前驱材料,成功地将通过静电纺丝技术制备的聚丙烯腈(PAN)纤维膜由亲水膜改性为超疏水膜,并应用于膜蒸馏中.采用扫描电镜、接触角测定仪、水力穿透压测试装置、原子力显微镜等对改性前后纤维膜的表面形貌、润湿性、水力穿透压、厚度变化等参数进行表征.将改性后的纤维直径在0.23～0.81μm的PAN纤维膜用于气隙式膜蒸馏实验.结果表明,静电纺丝纤维膜呈无纺结构,疏水化改性后纤维膜形貌无明显变化,料液侧与渗透侧温差为13～59℃时,渗透通量为1.5～22kg/(m2·h),脱盐率均在99.9%以上.随着纤维丝直径的减小,孔隙率、水接触角,以及水力穿透压均有所增加.纤维直径对膜蒸馏过程中的渗透通量、脱盐率和水力穿透压起到重要作用.     

静电纺聚苯乙烯纳米纤维膜的制备及其性能

采用静电纺丝方法制备了疏水性聚苯乙烯(PS)纳米纤维膜。研究了添加0.5wt.%十二烷基硫酸钠(SDS)对PS纺丝溶液性能以及纳米纤维膜形貌结构的影响,内容涉及PS纳米纤维膜厚度对膜的平均孔径和孔径分布的影响分析,该膜的水接触角和孔隙率的测试等。最后,采用直接接触式膜蒸馏(DCMD)装置测试了不同厚度PS纳米纤维膜在蒸馏水和35g/L NaCl溶液中的水通量和截留率。研究结果表明了平均孔径约为0.19μm、厚度约为150μm、孔隙率约为84%、接触角约为114°的PS纳米纤维膜的水通量约为19.4kg/m~2h,截留率大于99.99%,适合应用于DCMD领域用于盐溶液和海水淡化。     

制膜基底对高疏水PES膜成膜过程与性能的影响

以聚醚砜(PES)/N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为铸膜液,以适当型号的耐水砂纸作为制膜基底,以正丙醇为凝固浴,制备了高疏水PES膜。讨论了不同制膜基底对PES膜成膜过程、膜结构和膜表面接触角的影响。粗糙基底的锚定作用延长了成膜时间,有利于粗糙表面的复制,这是提高PES膜表面接触角的主要原因;随着砂纸目数的增加,PES膜表面的接触角呈现先增大后减小的趋势;当砂纸目数为1000目,凝固浴为正丙醇时,制备的PES膜的疏水性较高(接触角为134.0°)。     

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.     

脱硫用PVDF膜的结构调控与性能研究

以聚偏氟乙烯(PVDF)为膜材料,二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂,采用浸没沉淀相转化法制膜,研究了亲/疏水性的添加剂对PVDF膜结构、接触角及气通量的影响;采用含氟表面活性剂 Zonyl 8740对PVDF膜进行疏水改性,通过ATR-FTIR、FE-SEM、接触角等对膜表征,并进行脱硫性能评价.结果表明,疏水性添加剂使PVDF膜表面水接触角提高,添加剂种类对膜气通量有明显影响,在20℃、0.01 MPa实验条件下,PVDF膜最大气通量为85.6 m3/(m2·h),Zonyl 8740涂覆改性后PVDF膜表面疏水性提高,水接触角可达到133.5°,二氧化硫脱除率可达到81.3％.     

高疏水PVDF微孔膜及其膜蒸馏分离生物质发酵乙醇性能

聚偏氟乙烯(PVDF)是一种优良的膜蒸馏用膜材料,本文利用非溶剂相转化法(NIPS)制备具有表面微纳米颗粒结构的高疏水甚至超疏水PVDF膜,主要考察了凝固浴的组成以及预蒸发时间对膜表面结构、孔径、孔隙率、接触角、穿透压及气体渗透量等的影响;同时,用乙醇水溶液、菊粉发酵液和菊芋发酵液3种不同的原料液对制备的膜进行了膜蒸馏性能测试.实验结果表明,通过条件优化后制得的PVDF膜具备优异的膜蒸馏性能,在真空度88 kPa和50℃条件下,对乙醇质量分数为7.48%的菊芋发酵液的通量和分离因子分别为4.81 kg/(m~2·h)和6.48.     

海水淡化浓盐水真空膜蒸馏研究

采用PVDF中空纤维膜及PTFE微孔平板膜组件对反渗透海水淡化浓盐水的真空膜蒸馏过程进行了研究.连续运行的结果表明:温度是影响海水淡化浓盐水膜蒸馏过程的关键因素,对膜通量影响较大.在真空侧压力为2 kPa,浓盐水流量为24 L/h时,进料侧浓盐水温度为346.35 K时,PVDF中空纤维膜组件的膜蒸馏通量为13.26 kg/(m2.h).而在真空侧压力为2 kPa,浓盐水流量为120 L/h,进料侧浓盐水温度为340.15 K时,PTFE平板膜组件的膜蒸馏通量为24.8 kg/(m2.h).研究表明膜蒸馏技术处理海水淡化浓盐水具有广阔的应用前景.     

聚砜膜的表面亲水改性

配制叔丁基过氧化氢(TBHP)-多巴胺(DA)-三羟甲基氨基甲烷(Tris)缓冲液,通过在聚砜(PSf)膜表面沉积聚多巴胺(PDA)来制备亲水纳滤膜.研究了TBHP不同添加量以及不同pH时改性膜的亲水性能,并利用FTIR、XPS、水油接触角测量仪、SEM、AFM等方法表征改性前后PSf膜表面的元素组成、结构、形貌、亲水性能、稳定性以及渗透性能.结果表明,pH=8.5、TBHP添加量为800μL时,PSf膜的水接触角由52°降到13°,油接触角由142°升到165°,得到了亲水疏油改性膜,纯水通量为91.3 L/(m~2·h),相比PSf基膜提高了170.4%,截留率达90.7%,超声振荡后,水接触角仅下降3.1°,表现出良好的稳定性.     

超支化聚硅氧烷改性聚偏氟乙烯微孔膜的制备及膜蒸馏性能

采用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(A-174)水解缩合反应合成超支化聚硅氧烷(HPSi O),并用其改性聚偏氟乙烯(PVDF)制备疏水HPSiO-PVDF微孔膜。通过红外光谱、核磁共振、水接触角、孔隙率、孔径分布、力学强度等表征方法研究了所制膜的结构和性能,以及微孔膜膜蒸馏性能。结果表明,HPSiO的加入降低了膜孔径,提高了微孔膜的孔隙率、疏水性能、力学性能及真空膜蒸馏性能。     

PSS-PDADMAC改性PES微滤膜及膜抗污染性能研究

通过层层(LBL)自组装技术对聚醚砜(PES)微滤膜进行改性.以29.2g/L NaCl做为支撑电解质,在膜表面修饰一层聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDADMAC)/聚苯乙烯磺酸钠(PSS)聚电解质膜.通过电位仪、水接触角分析仪、SEM、AFM、过滤评价装置等方法对膜进行测定分析.改性后膜的最外层为PSS,膜表面负电性增加,为-35.02mV,水接触角值降低,由未改性膜的59.86°降低到37.99°;膜的表面形貌表征显示,改性后的微滤膜,表面更加平整,孔径尺寸分布更加均一;在过滤0.02g/L腐殖酸时,试验120 min后,未改性膜的通量下降为39.4%,而改性后的膜通量下降为15.5%,膜的抗污染性提高.     

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。     

Fenton处理下PVDF基体材料改性及其膜性能研究

采用了一种新颖的改性(Fenton处理)PVDF基体材料的方法,以提高膜的润湿性和耐污染性,并对改性机理做了探讨.结果表明,经Fenton处理后制得的膜亲水性得到了提高,纯水通量由34.6 L/(m2.h)提高到52.3 L/(m2.h),膜表面水接触角由75°降为62.5°,黏附功由91.64 mN/m提高到106.42 mN/m.同时,膜的截留性能也稍有上升,膜的Ji/J0由48.8%提高到69.3%;红外图谱进一步表明,经改性后的膜材料内部接上了丙烯酸(AAc)单体.     

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.     

氟树脂对聚偏氟乙烯膜疏水性的影响

采用N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂,以氟树脂为疏水助剂,制备聚偏氟乙烯(PVDF)膜.采用不同偶联剂对疏水助剂氟树脂进行改性,研究了改性氟树脂对PVDF膜疏水性的影响.研究结果表明:添加疏水助剂氟树脂可改善PVDF膜的疏水性.当经偶联刺G502改性的氟树脂添加量为10%时,PVDF膜与水的静态接触角达到120°.通过集灰实验表明添加改性氟树脂的PVDF膜具有较好的疏水性.     

聚醚砜微图案膜的模板法制备及性能表征

以聚醚砜(PES)为基质膜材料,利用微图案硅片为模板,通过非溶剂致相分离法(NIPS)制备PES微图案膜,研究制膜条件对膜表面微图案及膜结构、性能的影响,考察图案化前后PES膜的水通量、接触角、孔隙率、拉伸强度性能差异.结果表明,以模板法制得的PES 膜表面呈现规整的微图案,且膜表面微图案的规整性随铸膜液中PES浓度的增加而提高.接触角、孔隙率和水通量测试表明,相对于PES原膜,制得的微图案膜具有较高的接触角和较高的孔隙率及水通量;机械性能测试表明,图案化前后膜的拉伸强度变化不大.     

有机硅改性喷涂聚脲的性能研究

通过甲苯-2,4-二异氰酸酯(TDI)与羟基硅油反应制备端NCO含硅预聚体,并与经过TDI、己二异氰酸酯(HDI)和聚醚多元醇合成的端NCO预聚体进行共混,得到喷涂聚脲的A组分,再与含聚醚胺的B组分反应制备出有机硅改性喷涂聚脲.对产物结构进行红外光谱表征,并对有机硅改性喷涂聚脲的力学性能、耐水性、接触角和热性能进行了测定.结果表明有机硅改性喷涂聚脲具有良好的的力学性能和热稳定性,防水性能和耐沾污性均得到提高,其中4％质量分数的有机硅改性喷涂聚脲综合性能最佳,吸水率为1.86％,水接触角为103.38°,达到了疏水材料的标准.