负压膜蒸馏中不同类型表面活性剂的润湿机理研究

表面活性剂导致的膜润湿是膜蒸馏技术在处理实际废水面临的主要问题.为了缓解膜润湿现象,采用新型的负压膜蒸馏来评价不同类型表面活性剂盐溶液的润湿能力,并利用扫描电子显微镜、动态光散射等手段分析了表面活性剂的润湿和污染机理.首先,恒浓处理0.1 mmol/L SDS、CTAB以及Tween-20盐溶液,当料液含阴离子表面活性剂(SDS)时,膜通量稳定,冷凝液电导率保持在3μS/cm以内.而料液含阳离子(CTAB)和非离子表面活性剂(Tween-20)时,膜通量都衰减,甚至出现负值.通过分析污染膜表面以及溶液中表面活性剂胶束的粒径,证实CTAB和Tween-20是通过胶束污染膜表面,造成膜润湿.为了探究胶束污染和表面活性剂浓度之间的关系,分别测试表面活性剂浓度为0.1CMC、0.5CMC、1.0CMC的盐溶液,其中SDS、CTAB以及Tween-20的临界胶束浓度(CMC)分别为9.6×10^-3 mol/L、9.1×10^-5 mol/L和6×10^-5 mol/L.当分别处理9.1×10^-6 mol/LCTA...     

疏水膜、疏水性能评价及其自发脱水干燥

介绍了多孔疏水膜的定义、临界润湿值的概念、疏水膜的透水压力值和临界润湿值测试方法。区别于通常的外力加热等方法,介绍了利用疏水膜材料自身特性来实现疏水膜干燥的两种疏水膜自脱水干燥的方法.一种方法是控制膜污染润湿进程,当膜孔被润湿的深度小于该疏水膜材料的临界润湿值时,通过膜清洗实现疏水膜的自发脱水干燥.另一种方法是构建亲疏水双层复合疏水膜,当膜运行至产水电导率明显上升时,停机清洗,利用亲水材料与水之间的吸引力大于疏水材料与水之间的吸引力的特性使疏水膜孔自发脱水干燥.     

面向膜蒸馏的抗润湿、抗污染、抗结垢新型膜研究进展

膜蒸馏(MD)作为一种有前景的高盐废水处理技术而受到广泛关注.然而,由于实际废水成分复杂,MD的实际应用面临膜润湿、膜污染和膜结垢三大关键挑战,易导致膜通量和选择性降低,甚至膜失效.本文首先简述不同种类污染物诱导的膜润湿、污染和结垢的特点及其形成原因.随后,重点介绍了目前抗润湿、抗污染、抗结垢新型膜的研究进展,包括超疏水膜、全疏膜、常规Janus膜和致密Janus膜的设计原则、抗性机理及其适用范围.此外,讨论了通过对进料预处理、操作条件调控的辅助手段以及膜再生来进一步保证MD长期运行的稳定性.     

超疏水膜的研究进展

近年来,由于超疏水膜表面在自清洁、微流体系统和特殊分离等方面的潜在应用,超疏水性膜的研究引起了极大的关注.本文着重讨论了超疏水膜的化学组成及物理结构、制备方法,并对超疏水膜的发展方向进行了展望.     

超疏水材料在液压作用下的润湿行为

在超疏水界面光反射的基础上,用抽真空和压力驱动的方法研究了荷叶、超疏水ZnO阵列在水下的界面润湿行为和微结构中截留气体对其润湿行为的影响。结果表明:当有气体截留时受所加最大压力和微结构几何形貌的影响,超疏水界面在加压和减压过程中表现出不同的润湿可逆性;超疏水材料表面微结构中截留的气体能延迟水的侵入并提高超疏水稳定性;在特定情况下,随着外部压力的减小截留气体的膨胀能推动和排出侵入的水并引导反润湿过程。因此,截留气体有利于超疏水状态的存在。由于三相接触线密度的不同,纳米结构在压力作用下比微米结构表现出更为优异的疏水稳定性。     

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。     

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).     

PVDF疏水中空纤维膜的膜蒸馏含盐废水处理性能研究

利用新型高通量聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维疏水膜,对石化企业废水经反渗透(RO)处理的浓排水进行减压膜蒸馏(VMD)处理实验.研究了RO浓排水流速、温度和冷侧真空度对VMD过程中PVDF膜性能的影响,考察了PVDF膜在VMD法RO浓水浓缩过程中的性能变化.结果表明,原液流速对膜性能无明显影响;原液温度或冷侧真空度提高都会使膜的产水通量明显上升,而产水电导保持稳定.在冷侧真空度为-0.095MPa、原液温度70℃、流速0.66m/s的条件下,经15.2h实验,将RO浓排水浓缩20倍,膜的产水通量从25.8L/(m2*h)降低至11.8L/(m2*h),产水电导低于4霺/cm,脱盐率高于99.99%,产水CODCr值约30mg/L.经过5次浓缩实验后,PVDF膜的通量和产水电导均保持稳定.     

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.     

聚丙烯构型对疏水微孔膜的性能影响及共混膜制备研究

以分子构型对聚丙烯疏水微孔膜在热致相分离制膜过程中的影响规律为研究对象,考查了3种分子构型的聚丙烯成膜后的微观形态和综合分离性能.结果表明:由于热致相分离制膜过程中不同分子构型的聚丙烯的结晶行为不同,等规聚丙烯(iPP)易于形成规则的蜂窝状球晶,具有较好的平均孔径,而无规聚丙烯(aPP)和间规聚丙烯(sPP)易于形成致密的蜂窝状结构,等规聚丙烯和无规聚丙烯两种结构共混膜增大了等规聚丙烯的平均孔径和孔隙率,有助于提高其通量及机械稳定性,等规聚丙烯和无规聚丙烯共混膜渗透通量达20.30 kg/(m~2·h),截留率均超过99.99%.     

疏水微孔膜萃取研究

本文研究了以聚丙烯超细无纺布、聚碳酸酯核孔膜、聚四氟乙烯微孔滤膜为微孔隔膜,用10%TBP—煤油溶液苹取水相中酚的过程。计算了以水相为基准的总传质系数,考察了边界层对传质速率的影响,提出了一种测定膜相传质阻力的方法,并对膜基萃取的工业应用前景作了初步的探讨。     

膜蒸馏过程中的膜污染研究

考察了膜蒸馏用于脱盐时膜的污染情况,分析了不同无机盐对疏水膜的具体影响。未处理的苦咸水含有难溶无机盐,膜蒸馏过程中膜表面会出现沉积物。沉积物会破坏膜的疏水性影响渗透液的质量,同时影响膜蒸馏传递过程,降低渗透通量。在无机盐浓度较低时,通过料液预处理剔除不溶物可以有效防止沉积物的出现。     

膜接触器吸收二氧化碳过程中的膜润湿研究

自制疏水性聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜膜组件,采用二乙醇胺(DEA)溶液为吸收液进行二氧化碳吸收实验,研究了在膜接触器中的微孔膜润湿随操作时间的变化,以及吸收液浓度和温度对膜润湿的影响.实验结果表明,随着吸收过程的进行,膜润湿百分率逐渐增加;膜润湿随着DEA溶液浓度的增大而下降;升高温度促进了微孔膜的润湿.利用微孔膜渗入机理、Fick定律和膜孔径对数分布函数,我们提出了膜吸收过程中膜润湿百分率随时间变化的理论方程,并且对实验数据进行了拟合,得到了较好的拟合效果;同时理论上分析了膜润湿对总传质系数的影响.     

液膜用高分子表面活性剂性能研究

本文介绍液膜用高分子表面活性剂PSN_(-89414)的性能,通过界面张力测定,用表面活性剂分子在界面上吸附理论导出公式求得Span80,PSN_(-89414)的界面吸附平衡常数K_(s)及S_(sf)的数值,结果表明,K_(s)、S_(sf)数值愈大的表面活性剂制得乳状液愈稳定,液膜溶胀愈小。PSN_(-89414)的W/O/W乳状液体系用于稀土分离,速度快,从浓度1.2g/L的稀土溶液浓集到103g/L。     

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.     

液膜常用表面活性剂对青霉素提取率及液膜溶胀的研究

采用以磷酸三丁酯(TBP)为流动载体,液体石蜡为膜相添加剂,煤油为膜溶剂与表面活性剂组成的W/O型乳状液膜体系提取模拟发酵液中的青霉素,考察了单一表面活性剂、混合表面活性剂对青霉素传质和液膜溶胀的影响.实验结果表明:聚胺类表面活性剂(兰113B、N205、ECA4360)对青霉素的提取率优于酯类表面活性剂(span80),且用量少、液膜溶胀率低;酯类表面活性剂与聚胺类表面活性剂不能配伍使用,聚胺类表面活性剂混合性能优于单一表面活性剂,有利于提高青霉素的传质,降低液膜溶胀.表面活性剂在液膜分离中起着极为重要的作用,直接影响着液膜的稳定性、溶胀性能及液膜的破乳.选择性能优良的表面活性剂,适宜的液膜配方和操作条件,有利于控制液膜溶胀,提高青霉素的提取率.     

用于膜蒸馏苦咸水淡化的PTFE疏水膜实验研究

利用目前国内生产的PTFE疏水膜,以自来水、盐水溶液作工质进行了多层并接气隙式膜蒸馏实验,比较了几种膜的分离性能,研究了料液温度、料液流量、浓度对膜渗透通量的影响,各种膜的通量稳定性及污染情况.实验结果表明:4#膜在长期自来水、盐水实验中通量、电导率都较稳定,特别是在后期实验中,通量最大;而孔径大、涂层薄的1#膜在前期实验中通量较大,而随运行时间增长,通量有所下降,特别是盐水实验中,截留率低,电导率高,因此不适合淡化苦咸水用,综合来看4#膜性能较好.实验后各种膜表面的污染情况较严重,都有黄色沉积物.     

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.     

乳状液液膜体系中助表面活性剂LA的作用及其应用研究

本文提出了通过降低乳水界面张力来改善乳液分散的新途径,在一定程度上克服了依靠提高机械搅拌速度,来改善乳液分散效果时引起的乳液稳定性降低这一不良影响。研制了一种命名为LA的助表面活性剂,将其用于液膜体系可有效地降低乳水界面张力,极大地改善乳液的分散,提高液膜的稳定性,在液膜除酚试验中获得了良好的效果。