高通量、耐污染、超疏水的膜蒸餾用膜的制備及應(yīng)用研究.pdf

1、膜蒸餾（Membrane Distillation, MD）是一種以多孔疏水膜為分離介質(zhì)，以膜兩側(cè)蒸氣壓差為推動(dòng)力的分離過(guò)程。MD過(guò)程結(jié)合了傳統(tǒng)蒸餾方法和膜分離技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，對(duì)非揮發(fā)性組分截留率高達(dá)100％，并且可以利用低級(jí)熱能，是一種高效節(jié)能、環(huán)境友好的新型分離技術(shù)。然而膜蒸餾經(jīng)歷了近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展仍然未得到工業(yè)化應(yīng)用，主要原因之一是缺少M(fèi)D專用膜，因此制備專用的膜蒸餾膜成為 MD過(guò)程工業(yè)化首先要解決的問(wèn)題。膜材料的導(dǎo)熱系數(shù)、疏水性以及

2、膜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)等參數(shù)都是影響MD性能的關(guān)鍵因素。
　　本文首先以聚砜（PSf）和親水性高分子聚乙烯吡咯烷酮（PVP）為高分子材料，使用雙凝膠浴相轉(zhuǎn)化法，以溶劑N-甲基吡咯烷酮（NMP）和水的混合溶液作為第一步凝膠浴，制備了表面開孔親水性平板膜，然后使用CF4等離子體改性將膜疏水化后用于MD。結(jié)果顯示使用雙凝膠浴法能有效增大膜孔徑，使膜表面變得疏松開孔。使用純?nèi)軇┳鳛榈谝徊侥z浴時(shí)制備的膜性能最為優(yōu)異，疏水改性后接觸角能達(dá)到144o，

3、DCMD通量能達(dá)到53.33 kg/m2·h（原料進(jìn)口溫度為70.3 oC），比商業(yè)疏水PVDF膜的高了將近80%。最后使用熱質(zhì)傳遞模型對(duì)膜的曲折因子進(jìn)行模擬計(jì)算。結(jié)果表明基于親水基底PSf膜的曲折因子接近1，而疏水PVDF膜的曲折因子則接近2.5，證明使用親水材料作為主體材料制備膜能有效提高孔內(nèi)連通性，降低傳質(zhì)阻力進(jìn)而增大通量。
　　針對(duì)FO-MD聯(lián)合工藝中使用MD對(duì)FO過(guò)程驅(qū)動(dòng)液濃縮，使用超疏水改性前后PVDF膜進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，研究

4、在處理高鹽濃度溶液時(shí)超疏水膜的優(yōu)勢(shì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，超疏水 PVDF膜比疏水膜具有更高的通量和截留率。更進(jìn)一步地，超疏水膜表面由于濃縮導(dǎo)致的結(jié)晶量顯著低于一般疏水膜，驗(yàn)證了超疏水表面在MD過(guò)程中存在抗?jié)櫇窈涂拐掣降葍?yōu)良性能。另外，在使用兩種膜進(jìn)行循環(huán)濃縮實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)超疏水膜的可重復(fù)使用性較好，具有良好的穩(wěn)定性。
　　最后，將超疏水改性前后的PVDF膜用于乳化油溶液的處理，結(jié)果表明使用疏水膜進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)膜很容易被潤(rùn)濕，導(dǎo)致通量和截留率逐漸

5、下降。而使用超疏水膜時(shí)，只有長(zhǎng)期運(yùn)行才會(huì)出現(xiàn)截留率下降的情況，再一次證明了超疏水膜的優(yōu)良性能。
　　本文針對(duì)膜蒸餾過(guò)程目前存在的缺乏高性能膜材料等問(wèn)題，制備了高開孔的親水基膜，通過(guò)簡(jiǎn)單的等離子體表面改性，將不能直接用于MD過(guò)程的親水膜疏水化，并且將疏水性不足、MD效率不高的普通疏水膜進(jìn)行超疏水化，制備了通量高、穩(wěn)定性良好且耐污染能力強(qiáng)的 MD用膜。使用等離子體表面改性法制備MD膜，拓寬了MD膜材料的取材范圍，提高了MD效率，具有良