气隙式膜蒸馏在溴化锂吸收式制冷系统中的应用

以1H, 1H, 2H, 2H-全氟癸基三乙氧基硅烷（PFDTES）为改性剂,采用表面接枝方法制备疏水性PFDTES-Al₂O₃管式复合膜,并将其应用于溴化锂吸收式制冷系统。通过LiBr/H₂O溶液的气隙式膜蒸馏实验,测试管式复合膜对溶液的分离性能。结果表明：通过PFDTES成功制备出疏水性PFDTES-Al₂O₃管式复合膜;膜蒸馏渗透通量随着操作压力、进料温度及进料流量的增大而增大,随着进料浓度的增大而减小;对于LiBr的截留率始终保持在99.99%以上。在膜蒸馏实验结果的基础上,进一步利用Aspen Plus软件模拟了基于PFDTES-Al₂O₃复合膜的新型溴化锂吸收式制冷系统的换热过程,研究该复合膜应用于溴化锂吸收式制冷系统的可行性。结果表明：性能系数（COP）随着LiBr/H₂O稀溶液浓度及流量的增大而减小,随着LiBr/H₂O稀溶液温度的升高而增大;并且LiBr/H₂O稀溶液温度及流量是主要的影响因素。在操作压力0.08MPa、LiBr/H₂O稀溶液流量86L/h、质量分数50%、温度＞70℃、冷侧流量120L/h和温度20℃的条件下,COP＞0.7,说明将PFDTES-Al₂O₃复合膜用于溴化锂吸收式制冷系统,不仅可以减小设备的体积,还能降低运行成本,具有较高的可行性。     

自组装法制备PVDF-SiO2/PVSQ超疏水复合膜及膜蒸馏抗污染性能

采用乙烯基三甲氧基硅烷(VTMOS)对SiO₂疏水改性,通过自组装法,将改性SiO₂接枝在商业PVDF(聚偏氟乙烯)膜表面,使其表面达到超疏水。利用场发射电子显微镜、红外光谱仪、接触角测量仪及毛细流孔径分析仪等仪器对改性前后膜的表面形貌、化学组成、接触角及孔径变化等性能参数进行表征。结果表明,VTMOS不仅对SiO₂疏水改性,还通过自身的水解缩聚反应,生成了规整圆球状的聚乙烯基倍半硅氧烷(PVSQ)微粒,纳米级SiO₂分布于微米级PVSQ表面,在改性膜表面构造了多层次微/纳米粗糙表面,在低表面能疏水基团乙烯基和甲氧基的共同作用下,成功实现了超疏水改性,改性膜水接触角达到159.5°,滚动角降至8.1°。以NaCl、HA和CaCl₂混合溶液为进料液,对商业PVDF膜和改性膜进行了长期直接接触式膜蒸馏(DCMD)实验,探究其抗污染性能。结果表明,改性膜适用于长期DCMD实验,并表现出比商业PVDF膜更稳定的通量,截盐率始终大于99.99%,具有良好的稳定性和抗污染性能。     

疏水SiO2/PTFPMS杂化复合膜的制备及其气体分离性能

为了提高气体分离膜的耐溶胀特性,以多孔聚醚酰亚胺（PEI）为支撑层,采用溶液共混法制备了疏水SiO₂/PTFPMS杂化复合膜,研究了疏水SiO₂质量共混比对膜形态、耐溶胀性以及不同操作压差下的纯气渗透分离性能的影响。光学显微照片显示,当共混比不超过0.018时,杂化膜的透明度较高,表明疏水SiO₂与PTFPMS具有较好的相容性;当SiO₂与PTFPMS的共混比超过0.018时,SiO₂团聚明显。SEM表征结果显示,杂化膜表面光洁,断面杂化涂层紧密贴合支撑层。疏水SiO₂/PTFPMS杂化膜在异辛烷中的溶胀度为0,在乙酸乙酯中的溶胀度比PTFPMS均质膜的下降了11.9%,显示了其优异的耐溶胀性能。在操作压力为1.0 MPa,操作温度为25℃下,SiO₂共混比为0.012时,疏水SiO₂/PTFPMS杂化复合膜的CO₂渗透通量达到最高156.1GPU,CO₂/N₂选择性为15.86。     

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。     

SiO2/PVDF渗透膜在高盐废水处理中的性能研究

疏水性差热导率高是制约膜蒸馏在高盐度废水处理领域运用的关键技术参数。为提高膜的疏水性的同时降低膜的导热性能,对自制的SiO₂/PVDF复合膜进行了分子模拟和污染物为Ni²⁺、Co²⁺和Mg²⁺的耐污染实验。通过Materials Studio (MS)软件建立了膜的分子模型。结果表明,羟基含量为40%膜的导热系数最低;采用膜蒸馏+MVR(机械蒸汽再压缩蒸发技术)组合工艺可降低30.61%的处理成本。各污染物与膜表面的非键作用力中,氢键作用能(E_el)为负值且是污染物富集在膜表面的主要作用力。此外,Ni²⁺离子对膜的渗透性能影响最大。     

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。     

聚乙烯醇-SiO2/聚酯无纺布膜的制备及性能研究

采用聚酯无纺布(PET)作为支撑层,利用相转换法在PET表面制备聚乙烯醇(PVA)或PVA-SiO₂活性层,得到了PVA/PET复合膜与PVA-SiO₂/PET复合膜。考察了2种复合膜的过滤性能和污染行为。结果表明,PVA中加入质量分数4%纳米SiO₂颗粒,复合膜的接触角降至33.1o,亲水性显著增强,而膜孔径减小至3.1 nm,降低了85.5%,PVA/PET超滤膜转变为PVA-SiO₂/PET纳滤膜(0.6 L/(m²·h))。PVA-SiO₂/PET复合纳滤膜对海藻酸钠的抗污染性能较强。纳米SiO₂对复合膜的污染机制无明显影响,模拟污染物对复合膜的污染机制以标准堵塞为主。     

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。     

疏水SiO2填充PDMS膜分离水中乙酸正丁酯的性能

以聚偏氟乙烯（PVDF）为支撑层,选用疏水性纳米SiO₂粉体作为改性剂,制备出聚二甲基硅氧烷（PDMS）复合膜材料,并用于乙酸正丁酯/水溶液的渗透汽化分离。采用SEM、FTIR、XRD、拉伸实验、接触角及正电子湮没寿命谱测定等对膜材料物理化学性能进行了表征,考察了膜材料的溶胀行为及渗透汽化性能。结果表明,SiO₂在PDMS膜中分散均匀,且没有发生化学作用,并提高了膜材料的机械强度和疏水性。随着SiO₂添加量增加,膜在乙酸正丁酯溶液中的溶胀度先升后降,渗透通量呈下降趋势,而分离因子先增大后减小。当SiO₂添加量为4%（质量）时,随进料浓度的增加,渗透通量增大,分离因子先增大后减小;随着温度升高,渗透通量增大,分离因子减小;渗透通量和分离因子最大值分别为240 g·m^-2·h^-1和542。     

PAA-g-ZrO2复合膜过滤牛血清蛋白过程的污染阻力分析

通过对PAA-g-ZrO₂复合膜过滤牛血清蛋白过程的污染阻力及其分布分析揭示接枝聚丙烯酸（PAA）对ZrO₂膜抗污染性能的影响规律。结果表明：PAA-g-ZrO₂复合膜和ZrO₂膜的总阻力均随着过滤时间的延长而增加,但是PAA-g-ZrO₂复合膜总阻力的增加趋势明显低于原ZrO₂膜,同时,PAA-g-ZrO₂复合膜的内部污染阻力R_if所占比例下降为原ZrO₂膜的一半,这表明PAA接枝到ZrO₂膜表面明显降低了膜孔内堵塞的内部污染,提高了膜的抗污染和易清洗性能。此外,溶液的pH值对PAA-g-ZrO₂复合膜的污染阻力及其分布有着明显影响,当溶液pH值为8.0时,PAA-g-ZrO₂复合膜几乎不存在膜孔堵塞污染。     

SiO2/g-C3N4复合粉体制备及其光催化性能

以Stöber法制备出的二氧化硅(SiO₂)微球和三聚氰胺为原料,两者按一定质量比混合后得到前驱体,通过煅烧该前驱体可成功获得SiO₂/g-C₃N₄复合粉体。利用XRD、SEM、UV-Vis和BET等表征手段对获得的复合粉体进行物相组成、形貌、可见光吸收性能以及比表面积大小等进行分析和测试。结果表明,改进的Stöber法制备出的球形SiO₂平均粒径约为200 nm,具有良好的分散性。SiO₂/g-C₃N₄复合粉体中SiO₂含量约为75%(质量分数)时,其比表面积最大,约为23.7 m²/g。同时,以罗丹明B和亚甲基蓝为目标污染物,在可见光照射下,探究了不同g-C₃N₄负载量SiO₂/g-C₃N₄复合粉体的光催化性能。结果表明,随着复合粉体中g-C₃N₄含量的降低,复合粉体的可见光催化活性反而逐渐升高,g-C₃N₄含量约为25%(质量分数)时复合粉体光催化降解罗丹明B和亚甲基蓝效果最好。原因可归结为,复合粉体的强吸附增强了可见光催化性能。     

纳米聚苯胺改性聚哌嗪酰胺纳滤膜的制备

以导电态纳米聚苯胺(PANI)为添加剂, 哌嗪和均苯三甲酰氯(TMC)为反应单体, 通过界面聚合反应在聚砜超滤膜上形成复合层制备纳滤膜。采用扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)等对复合膜的性能和结构分别进行了测试和表征。SEM照片证实PANI含量低时, 可以在复合膜上分布得比较均匀;AFM图像看出膜表面粗糙度的增加;膜性能的测试结果证实了添加PANI的复合膜水通量得到了提高, 同时脱盐率也有变化。最优实验条件下, 膜对Na₂SO₄、MgSO₄、MgCl₂和NaCl的截留率分别为99.4%、98.5%、85.4%和59.2%。试验结果表明, 加入PANI能够提高膜的水通量, 并提升了膜的脱盐性能。     

ZSM-5沸石分子筛膜的制备及脱盐性能研究

淡水资源日益短缺,发展膜法海水淡化技术是满足世界淡水供应需求的重要途径,但是寻找合适的膜材料依然是人类面临的挑战。ZSM-5沸石分子筛膜（简称沸石膜）具有规则的孔道结构、合适的孔径尺寸（0.51~0.56 nm）以及可调变的硅铝比,在有机物脱水分离应用中展示了优异的选择性及良好的渗透性和稳定性。基于其孔径尺寸介于水分子和盐离子之间,其在海水淡化脱盐领域也具有应用潜力。在大孔α-Al₂O₃载体上采用二次生长法制备了ZSM-5沸石膜,考察了晶化时间与合成液的硅铝比对ZSM-5沸石膜成膜和渗透蒸发脱盐性能的影响,并采用XRD、SEM、EDS与水接触角表征了合成膜的相结构与结晶度、骨架组成表面特性等膜的结构性质。结果表明：通过二次水热法采用合成液摩尔配比为n（Al₂O₃）∶n（SiO₂）∶n（Na₂O）∶n（NaF）∶n（H₂O）=0.05∶1∶0.21∶1.01∶55的合成液在175℃下晶化48 h为最佳的合成条件,制备了Si/Al比为10、接触角为17.5°的亲水纯相致密ZSM-5沸石膜,并在75℃下对3.5%（质量）的NaCl水溶液进行了渗透蒸发测试,水的通量和盐离子截留率达到8.35 kg·m^-2·h^-1和99.99%,且性能在60 h的时间依存性测试后依然稳定,表现出了很高的海水淡化工业应用潜力。     

二氧化钛调控基膜结构对氧化石墨烯复合膜性能的影响

以聚醚砜(PES)超滤膜为基膜,通过聚多巴胺(PDA)表面改性后压力沉积不同量的二氧化钛(TiO₂)纳米粒子作为基底,再沉积氧化石墨烯(GO)片层制得TiO₂/GO复合分离膜,重点考察基膜表面形貌对GO膜分离性能的影响。通过扫描电子显微镜、接触角测试仪、固体表面Zeta电位分析仪、X射线衍射分析仪等对有无TiO₂沉积层的GO复合膜进行表征,并考察TiO₂沉积量对GO复合膜分离性能的影响。结果表明,TiO₂纳米粒子以团簇状态均匀分布在改性的超滤膜表面,随TiO₂沉积量的增加,团簇密度增大,GO沉积后表层的峰谷结构更为明显,但表层的层间距并无明显改变。TiO₂/GO复合膜的水通量随TiO₂沉积量的增加而明显增大,TiO₂的沉积对GO沉积量低的复合膜通量的影响更明显,当 GO沉积量为4.11 μg/cm²,TiO₂沉积量为20.55 μg/cm²时,复合膜的水通量较无TiO₂的复合膜提高了108.38%。复合膜对无机盐溶液的截留性能主要基于膜表面所带负电的道南排斥作用,TiO₂/GO复合膜对刚果红的截留率在99%以上,对甲基橙的截留率可达82%,TiO₂层的加入并未降低复合膜的截留效果。     

硼掺杂二氧化硅杂化膜的制备及渗透汽化脱盐性能

以1,2-双（三乙氧基硅基）乙烷（BTESE）和硼酸为前体,通过溶胶-凝胶法制备了硼掺杂的二氧化硅（B-BTESE-SiO₂）杂化膜。采用FTIR、XRD、XPS、TEM、SEM等系列表征手段对合成溶胶及膜的结构和形貌进行了分析,结果表明：硼元素成功掺杂进入SiO₂骨架中,形成了水热稳定的B—O—Si键,能明显影响膜表面的微观结构、亲疏水性、膜孔径大小从而提高膜的脱盐性能和稳定性。当溶胶中的H₃BO₃/BTESE比为0.25时所优化制备SiO₂膜的亲水性最强,脱盐过程中活化能最低,传质阻力最小,膜孔径约为0.61 nm,故表现出最佳的脱盐性能。在60℃以3.5%（质量） NaCl溶液为进料液时,该膜的水通量高达16.5 kg·m^-2·h^-1,盐截留率近乎100%,并且表现出优异的长时间稳定性（>168 h）和高浓度盐水溶液[4.2%~15.0%（质量） NaCl]脱盐性能,在海水淡化和高盐废水处理等领域具有潜在的应用前景。     

电纺及疏水改性制备CA/SiNPs-FAS超疏水复合膜及膜蒸馏脱盐研究

以1-甲基-2-吡咯烷酮/丙酮为混合溶剂,无纺布为支撑层,采用静电纺丝技术与溶胶-凝胶方法,制备了醋酸纤维素/二氧化硅复合纳米纤维膜,并将其浸渍于全氟烷基硅烷/正己烷分散液中进行疏水化改性。利用场发射扫描电子显微镜、红外光谱仪、孔径分析仪、接触角测量仪器等表征了改性前后复合膜表面形貌、官能团变化、孔径分布及润湿性等膜性能参数并将其应用于连续性直接接触式膜蒸馏盐浓缩过程。结果表明,静电纺丝复合膜呈三维空间网状结构,且利用正硅酸乙酯生成的纳米二氧化硅颗粒内陷于醋酸纤维素纤维内部形成微米-纳米梯级分布。经全氟烷基硅烷修饰后,红外特征峰明显,复合膜水接触角最高可达156°,且对质量分数为5%的十二烷基硫酸钠液滴也同时展示出优良的抗润湿性能（接触角125°）。以60℃、35 g·L^-1的NaCl溶液为进料液进行持续性直接接触式膜蒸馏脱盐实验,当渗透温度为20℃时,各复合膜盐截留率均能达到99.99%以上,其中,CA/SiNPs-FAS膜通量可稳定在11.2 kg·（m²·h）^-1。     

SiO2/BiOBr光催化材料制备及其对含油废水的处理

近几年来,水体中油污污染问题已引起广泛关注。许多研究尝试利用光催化材料催化降解含油废水,但催化条件大多仍局限于紫外光照。为解决这一问题,本研究将SiO₂作为催化剂载体,采用共沉淀法制备出能在可见光下使用的SiO₂/BiOBr复合材料。该材料经XRD、XPS、DRS、BET等测试分析后发现,BiOBr可负载于SiO₂的片层表面,同时可有效增大其比表面积,提高吸附性能。并且将制备条件优化后表明,当n(Bi)∶n(Si)=1∶1时,该材料的比表面积为83.53m²/g,禁带宽度（E _g）为2.79eV,复合效果最佳。使用该复合材料对不同类型油进行催化反应后,机油、柴油、食用油的去除率分别可达25%、60%、93%。本文详细分析了该材料柴油的光降解机理,发现·O₂ ^-是最为主要的活性基团。