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。     

抗润湿GO复合膜的制备及其在印染废水膜蒸馏处理中的应用

膜蒸馏技术在工业废水处理中具有一定的应用潜力和优势,然而膜污染和膜润湿问题严重阻碍其产业化发展。将氧化石墨烯（GO）和聚乙烯亚胺（PEI）通过真空抽滤的方法沉积到疏水性聚偏氟乙烯（PVDF）膜表面,制备了表面亲水、基底疏水的膜蒸馏用GO复合膜（PVDF-GO/PEI）,对膜表面微观结构进行表征,并将其应用于直接接触膜蒸馏对印染废水的处理中,对膜蒸馏过程中膜的抗润湿性及抗污染性能进行了研究。结果表明,GO层明显提高了膜表面亲水性,且对渗透通量影响较小。PVDF-GO/PEI复合膜对于印染废水中的污染物具有较高的截留性能,有机物截留率99.7%,色度可被完全去除。同时,对比原PVDF膜和PVDF-GO膜,PVDF-GO/PEI复合膜表现出稳定的渗透通量,且具有更好的抗润湿性能。分析表明,PVDF-GO/PEI复合膜优异的截留和抗润湿性能归因于膜亲水性的增强和其稳定的二维结构。     

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。     

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。     

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。     

亲疏水性CuBTC/PVDF复合膜应用于膜蒸馏抗油实验

采用水热法合成亲水性的CuBTC金属有机骨架(MOFs)颗粒,采用聚乙烯醇(PVA)作为黏合剂,用抽滤的方法将CuBTC颗粒附载在聚偏氟乙烯(PVDF)膜上,之后用戊二醛(GA)对PVA进行交联,制备出表层亲水、底层疏水的CuBTC/PVDF复合膜。通过场发射电子显微镜、比表面积及孔径分析仪、接触角测量仪、孔径分析仪、X射线衍射仪等对CuBTC颗粒和不同CuBTC含量的复合膜的表面特征、结构形态和稳定性进行了表征。结果表明,CuBTC颗粒有着较大的比表面积和孔容,CuBTC颗粒可以牢固地抽滤在PVDF膜表面,热稳定性高且有较好的柔韧性。与抽滤前的PVDF膜相比,随着CuBTC颗粒的增多,膜厚度有所增加,孔径和孔隙率有所减小,但对其膜蒸馏膜通量的影响不大,且在CuBTC含量在0.6 g时表现出较好的性能。在以1 g/L原油和35 g/L氯化钠混合溶液为进料液对原膜和复合膜进行直接接触膜蒸馏抗油污实验,发现原膜很快被油污染堵塞毛孔,而复合膜具有良好的抗油污染能力,可以进行长期的膜蒸馏实验。     

十八烷基硅烷疏水改性PVDF膜的制备及膜蒸馏抗润湿性能

通过相转化法制备的聚偏氟乙烯(PVDF)膜，因致孔剂等添加剂在膜中的残留，导致膜疏水性有限，在膜蒸馏的长时间运行过程中容易被料液污染，失去分离能力。实验采用十八烷基三甲氧基硅烷(OTMS)对碱处理羟基化的PVDF中空纤维膜进行自组装疏水改性，用于提高膜的膜蒸馏抗润湿的能力。通过控制变量探究了OTMS浓度、OTMS自组装时间、热处理温度三个条件对疏水改性膜性能的影响。经过自组装疏水改性后，膜的接触角达到122.5°;在经过12 h质量分数3.5%的氯化钠(NaCl)溶液，2 h质量分数3.5%的NaCl溶液和0.1 mmol/L的十二烷基硫酸钠(SDS)混合溶液膜蒸馏测试中均表现稳定，通量和电导率保持不变，改性膜具有更好的抗润湿能力。     

PVDF-PFTS/SiO2膜制备及抗混合污染性能

采用表面接枝技术制备了PVDF-PFTS/SiO₂超疏水复合膜,通过扫描电子显微镜（SEM）和红外光谱（FTIR）分析了膜污染前后的表面结构和组成,考察了直接接触式膜蒸馏（DCMD）装置出水电导率和膜通量的变化,利用XDLVO理论分析了PVDF-PFTS/SiO₂超疏水复合膜的抗混合污染性能和机理。结果表明：在1H, 1H, 2H, 2H-全氟辛基三氯硅烷（PFTS）和SiO₂共同作用下,PVDF-PFTS/SiO₂超疏水复合膜表面形成微纳米复合乳突结构,水接触角（WCA）由99°增至155°。与PVDF基膜相比,PVDF-PFTS/SiO₂超疏水复合膜对混合污染物具有较好的抗污染性能;连续运行10h,膜通量和截留率分别保持在10.06kg/(m²·h)和99.80%。XDLVO理论分析表明,PVDF-PFTS/SiO₂超疏水复合膜表面与污染物之间的作用力由引力转变为斥力是其抗混合污染性能增强的主要原因之一。     

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。     

PVDF膜的亲水改性及其抗污染性能的研究新进展

PVDF膜由于其较强的疏水性能,在水处理应用中需要较强的驱动力,使得运行费用增加;同时膜的疏水性也会导致膜污染、膜堵塞,从而造成膜水通量的降低。因此,针对此问题,提出了PVDF膜的改性,通过对PVDF膜进行改性来提高它的亲水性能从而改善膜的性能。介绍了近年来PVDF膜亲水改性的研究新进展,PVDF膜的改性主要有表面改性和共混改性,表面改性主要有表面接枝与表面涂覆,共混改性主要的共混物质有亲水聚合物、无机纳米粒子以及碳基纳米材料等。研究发现,通过改性后的PVDF膜亲水性能、抗污染性能以及膜的机械性能都有所提高。这为解决PVDF膜的污染问题提供了一种实际可行的方法,并通过提高其亲水性而降低了运行成本。     

PVDF膜的亲水改性及其抗污染性能的研究新进展

PVDF膜由于其较强的疏水性能,在水处理应用中需要较强的驱动力,使得运行费用增加;同时膜的疏水性也会导致膜污染、膜堵塞,从而造成膜水通量的降低。因此,针对此问题,提出了PVDF膜的改性,通过对PVDF膜进行改性来提高它的亲水性能从而改善膜的性能。介绍了近年来PVDF膜亲水改性的研究新进展,PVDF膜的改性主要有表面改性和共混改性,表面改性主要有表面接枝与表面涂覆,共混改性主要的共混物质有亲水聚合物、无机纳米粒子以及碳基纳米材料等。研究发现,通过改性后的PVDF膜亲水性能、抗污染性能以及膜的机械性能都有所提高。这为解决PVDF膜的污染问题提供了一种实际可行的方法,并通过提高其亲水性而降低了运行成本。     

聚四氟乙烯膜亲水改性及在工业污水处理中的应用进展

聚四氟乙烯(PTFE)膜因化学性能稳定、耐高温、耐酸碱等特点被广泛应用在化工、纺织、环境、食品等领域。然而,由于PTFE材料的强疏水性和极低表面能,使得PTFE膜润湿性差,难以处理水性溶液,限制了其应用。对近年来常用的钠-萘溶液处理、等离子体接枝、多巴胺改性、表面活性剂改性等PTFE膜亲水改性方法进行了综述。相关研究表明,亲水改性后的PTFE膜可以用于污水处理、膜蒸馏、膜生物反应器等领域。最后对PTFE膜亲水改性的发展趋势进行了展望。     

聚四氟乙烯膜的亲水改性和应用进展

综述了聚四氟乙烯（PTFE）膜的亲水改性及其应用的研究进展，主要介绍了化学处理法、等离子体法、辐射接枝法、原子层沉积法等改性技术，以及改性PTFE膜在空气净化、膜蒸馏及电池隔膜领域的应用，最后对PTFE膜的发展与应用进行了展望。     

超疏水聚偏氟乙烯复合微孔膜的制备及性能

提出了一种超疏水聚偏氟乙烯（PVDF）复合微孔膜的制备方法。以相转化法制备的PVDF膜为基膜,通过恒压过滤将多壁碳纳米管（MWCNTs）沉积到PVDF基膜表面,再经聚二甲基硅氧烷（PDMS）溶液修饰,可制得接触角达162°、滚动角约10°的PVDF复合微孔膜。用原子力显微镜和扫描电镜对膜表面进行结构分析,并测试了膜的接触角、气通量和机械强度等性能,考察了MWCNTs及PDMS浓度对膜结构和性能的影响。研究表明,CNTs在具有微米级粗糙度的基膜上强化了纳米结构,提高了膜的粗糙度,PDMS降低了膜的表面能,二者协同作用使复合膜的接触角大幅提高,滚动角显著下降。与高度疏水的PVDF基膜相比,PVDF复合膜的疏水性大幅提高,断裂伸长率加倍,在模拟海水真空膜蒸馏过程中,保持了较高的传质通量和截留率,具有更好的操作稳定性和抗污染性能。     

PVDF共混亲水膜的制备及其性能研究

通过自由基聚合法将甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA）接枝到预处理的聚偏氟乙烯（PVDF）上，制备一种新型的聚合物PVDF-g-PHEMA。以PVDF-g-PHEMA作为亲水性添加剂，利用非溶剂致相分离法（NIPS）制备PVDF共混亲水膜，并研究铸膜体系PVDF-g-PHEMA含量对PVDF共混膜亲水性能的影响。实验结果表明，铸膜体系中PVDF-gPHEMA为25%的共混膜表面水接触角103±1°降低到45.6°，膜表面抗污染性增强。通过X射线光电子能谱、傅里叶红外光谱仪、扫描电子显微镜和孔径分析仪对制备的亲水膜表面进行表征，PVDF共混亲水膜表面含有羟基、酯基、膜孔径增加。抗污染和稳定性测试表明，PVDF共混亲水膜具有优异的抗蛋白质吸附性能和良好的稳定性。     

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Ca~(2+)大量存在于进料液中时,Ca~(2+)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Ca~(2+)/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。     

超亲水PVDF纤维复合膜的制备及其油水分离性能研究

为解决聚偏氟乙烯(PVDF)膜分离含油废水时亲水性差、易被污染的问题，利用乙烯-co-马来酸酐共聚物(PEMA)的超润湿性能，先将PVDF和PEMA共混后通过静电纺丝制备出富羧基PVDF纤维复合膜，后在纤维表面原位生长微纳米CaCO₃颗粒对膜进行矿化处理得到超亲水PVDF纤维复合膜，并将其用于油水分离。探讨PEMA含量和矿化条件对纤维复合膜结构与性能的影响，明确膜微观结构、表面化学组成与膜油水分离性能、抗污染性能之间的关系。结果表明：当PEMA与PVDF质量比为1:4、经3次循环矿化后所制备的PVDF纤维复合膜具有最佳的亲水性能，水接触角从131.12°降至18.55°、在重力下纯水渗透通量为391.96 L/(m²·h)；膜具有优异的抗油粘附性能和水下驱油能力，对于正己烷/水、甲苯/水、石油醚/水、大豆油/水、二氯乙烷/水等混合物进行油水分离时效率均高达98.5%以上；10次循环油水分离实验和持续水洗实验表明该纤维复合膜具有很好的恢复性和亲水持久性。     

亲水改性PVDF膜材料及其膜生物反应器应用

膜生物反应器（MBR）技术中最常用的膜材料是聚偏氟乙烯（PVDF）,然而由于PVDF膜的疏水性,使其在用于MBR的运行过程中存在易污染、通量低等缺陷,因此对PVDF膜材料进行亲水改性是近年来国内外研究的热点。本文首先介绍了PVDF膜材料典型的表面涂覆改性和表面化学接枝改性这两种亲水改性方法,然后概述了随着纳米科学技术的兴起,采用无机纳米材料如碳材料氧化石墨烯（GO）、无机抑菌材料纳米银粒子及二氧化钛纳米颗粒等进行功能化复合制备PVDF膜材料等亲水改性方法。研究进展表明,新型亲水改性PVDF膜材料不仅在MBR污/废水处理中优势明显,而且在可再生生物能源生产等可持续发展领域极具潜力。     

PVDF中空纤维换热管亲/疏水组合表面强化蒸汽冷凝传热

针对塑料换热管热导率低的问题,采用非溶剂致相分离法（NIPS）,通过控制铸膜液中磺化聚醚砜（SPES）添加量,制备出具有致密层/非致密层复合结构,外表面接触角分别为49.8°、78.1°的中空纤维表面亲水（PVDF/SPES）、表面疏水（PVDF）换热管,在非致密层内填充水,从而提高换热管导热性能。将单根的表面亲水、疏水换热管编织,在列管式塑料换热器壳程,利用两根换热管的外表面,构建蒸汽冷凝用亲/疏水组合表面,研究该表面上蒸汽冷凝传热强化效果。研究表明,较熔融拉伸法制备的致密PVDF换热管疏水表面,NIPS法制备的亲水表面、疏水表面及亲/疏水组合表面上的蒸汽冷凝总传热系数分别提高46.6%、56.5%、99.7%。可见,较单一的亲水或疏水表面而言,亲/疏水组合表面能够显著强化蒸汽冷凝传热性能。