復(fù)合相分離法制備PVDF-HFP膜及其膜蒸餾過程研究.pdf

1、膜蒸餾是一種以疏水膜兩側(cè)的蒸汽壓差為驅(qū)動(dòng)力的膜分離技術(shù)。膜蒸餾分離效率高，在海水淡化、廢水處理、食品行業(yè)等方面有廣泛的應(yīng)用。
　　聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）疏水性強(qiáng)、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好、抗氧化，是制備膜蒸餾用膜的理想膜材料。
　　復(fù)合相分離法（NTIPS）的原理是高溫時(shí)聚合物與稀釋劑形成均相鑄膜液，降溫時(shí)均相鑄膜液同時(shí)發(fā)生非溶劑致相分離（NIPS）和熱致相分離（TIPS）過程。相分離過程中，鑄膜液中的稀釋劑

2、與非溶劑發(fā)生相互交換，引發(fā)NIPS過程，同時(shí)，高溫鑄膜液與非溶劑發(fā)生熱交換，引發(fā)TIPS過程。本文以己內(nèi)酰胺（CPL）為稀釋劑，聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）為膜材料，采用NTIPS法制備了PVDF-HFP微孔膜。利用掃描電鏡（SEM）考察了膜的結(jié)構(gòu)，并系統(tǒng)考察了成膜工藝條件如聚合物濃度、凝膠浴組成、凝膠浴溫度、凝膠浴介質(zhì)種類、揮發(fā)時(shí)間等對(duì)膜性能的影響，尋找最優(yōu)的膜蒸餾用膜制備條件。結(jié)果表明，膜斷面由皮層和指狀孔支撐層或者指狀

3、孔兼具雙連續(xù)結(jié)構(gòu)的支撐層構(gòu)成，說明相分離過程中同時(shí)發(fā)生了NIPS和TIPS過程。聚合物濃度（15％～25%）、凝膠浴組成（25%～90%乙醇溶液）、凝膠浴介質(zhì)種類對(duì)PVDF-HFP膜的結(jié)構(gòu)影響較大，揮發(fā)時(shí)間（5s～120s）、凝膠浴溫度（5℃～75℃）對(duì)膜的結(jié)構(gòu)影響不顯著。聚合物濃度為15%～20%時(shí)，膜的斷面由較薄的皮層和充分延伸到膜底部的指狀孔構(gòu)成，聚合物濃度為22.5%～25%時(shí)，膜的斷面由短小的指狀孔兼具雙連續(xù)結(jié)構(gòu)構(gòu)成。隨著聚合

4、物濃度的增大，膜的純水通量、孔隙率和平均孔徑下降，截留率和斷裂拉伸強(qiáng)度增加。凝膠浴組成為乙醇溶液時(shí)，制備的膜由較薄的皮層，指狀孔兼具雙連續(xù)結(jié)構(gòu)的支撐層構(gòu)成。隨著凝膠浴中乙醇含量的增加，膜的純水通量顯著增加，截留率和斷裂拉伸強(qiáng)度下降。比較和分析膜的各種性能，確定了PVDF-HFP膜的最佳制備條件為PVDF-HFP濃度為20%，凝膠浴組成為90%的乙醇溶液。
　　其次，選取PVDF與PVDF-HFP進(jìn)行共混，以CPL為稀釋劑，采用NT

5、IPS法制備PVDF-HFP/PVDF共混膜。系統(tǒng)考察了PVDF-HFP/PVDF共混比對(duì)共混膜的結(jié)構(gòu)和性能的影響。結(jié)果表明，隨著PVDF含量的增加，共混膜斷面指狀孔尺寸減小，指狀孔數(shù)目減少，復(fù)合相分離過程由原來的NIPS為主，TIPS為輔轉(zhuǎn)變?yōu)橐訲IPS為主，NIPS為輔，實(shí)現(xiàn)了調(diào)控共混膜結(jié)構(gòu)和膜孔的目的。
　　最后，采用自制的PVDF-HFP膜，優(yōu)化了膜蒸餾操作工藝條件對(duì)膜蒸餾通量的影響，進(jìn)一步系統(tǒng)考察了不同成膜工藝條件下制備

6、的PVDF-HFP膜的膜蒸餾性能。研究表明，升高料液溫度可以明顯增加膜蒸餾通量。在一定的料液流量范圍內(nèi)（30L/h～60L/h），膜蒸餾通量隨料液流量的增加顯著增加。料液流量高于60L/h時(shí)，膜蒸餾通量穩(wěn)定在23.5kg/。冷凝液流量的變化對(duì)膜蒸餾通量影響不顯著。不同凝膠浴組成和不同聚合物濃度條件下制備的PVDF-HFP膜對(duì)膜蒸餾通量的影響較為顯著，不同凝膠浴溫度條件下制備的PVDF-HFP膜對(duì)膜蒸餾通量的影響不顯著。優(yōu)選凝膠浴組成為9