聚偏氟乙烯中空纖維膜制備及其性能調(diào)控開題報告

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1、開題報告聚偏氟乙烯中空纖維膜制備及其性能調(diào)控一、選題的背景、意義如今，對生態(tài)的保護和環(huán)境的治理工作日益嚴峻，尤其是淡水水系的污染問題突顯，部分地區(qū)人們的飲水嚴重困難，一些曾經(jīng)淡水資源充沛的地區(qū)也因為河流、湖泊、地下水被污染而出現(xiàn)缺水。人們不禁要問，為何水汽循環(huán)往復，源源不斷，還為什么會出現(xiàn)缺水。那是因為很多水源未經(jīng)處理不能直接作為生活用水使用。而在水處理領域，膜分離的應用十分廣泛，膜分離是借助膜的選擇透過作用，對混合物溶質(zhì)和溶劑進行分離、分級、提純和富集的方法，膜分離可比傳統(tǒng)的方法耗能低、過程簡單、經(jīng)濟性好而且效率高。[1]中空纖維膜是目前為止效率最高的分離膜的形式，具有充填密度高，比表

2、面積大，自支撐作用強，可進行高壓操作的特點，因此廣泛用于污水處理、飲用水凈化、海水淡化處理等諸多領域。中空纖維膜也有一些自身缺陷，如內(nèi)部多孔結(jié)構(gòu)在增加其通量的同時也降低了纖維的力學性能，膜清洗難度高等。選擇合適的制膜材料是成功制備中空纖維膜的首要前提，從近幾年國內(nèi)外發(fā)表的科技文獻來看，聚砜類材料如聚醚砜和改性聚醚砜，聚偏氟乙烯，聚丙烯，殼聚糖等成為了主要選擇，改性方法主要有共混、共聚和接枝。周媛等[2]將聚氨酯彈性體作為制備PVDF中空纖維膜的共混添加劑，使其具有良好的抗酸堿性能和抗污染性能。Tai-Shung等[3]使用硅脂作為密封層，聚4-乙烯基吡啶作為選擇性層，聚醚砜作為支持材料，

3、進行共混制備用于氣體分離的中空纖維膜，研究了層與中空纖維膜性能之間的聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)選擇性層對纖維性能的影響最為顯著。肖通虎[4]等制了殼聚糖中空纖維膜，研究采用乙醇和正己烷液—液交換干燥，有效地避免了膜結(jié)構(gòu)的完全致密化，殼聚糖中空纖維膜膜應用于滲透汽化分離碳酸二甲酯/甲醇混合物，可突破恒沸組成的限制，而且滲透通量較大。聚偏氟乙烯（PVDF）的密度為1.75-1.78g／cm3。玻璃化溫度-39℃，脆化溫度-62℃，熔點170℃，熱分解溫度316℃以上，長期使用溫度－40～150℃。聚偏氟乙烯（PVDF）中空纖維膜是新發(fā)展起來的一種特種纖維品種，該纖維特點是化學穩(wěn)定性好、機械強度高、抗吸附污染

4、型好、耐紫外線老化、分離透過通量高、裝填密度大，是中空纖維分離膜中的一種新型高效品種，其在水凈化和污水處理領域中的應用日益廣泛。二、相關研究的最新成果及動態(tài)2.1相轉(zhuǎn)化法制備聚偏氟乙烯中空纖維膜用溶液相轉(zhuǎn)化法制備聚偏氟乙烯中空纖維膜的一般過程包括：將聚偏氟乙烯及其添加劑溶解均勻，靜置脫泡，紡絲的時候通過特制的紡絲頭加一定的擠壓將溶液擠出，擠出時候伴隨著芯液（內(nèi)凝固浴）形成初始中空纖維，再經(jīng)過一定距離的空氣浴長度后進入外凝固浴，最后內(nèi)外發(fā)生相轉(zhuǎn)化固化成膜。在固化成膜的過程中，還要經(jīng)過一定的牽伸距離，后由收集裝置收集纖維。制備過程中中空纖維膜的相轉(zhuǎn)變過程主要是凝膠化，玻璃化轉(zhuǎn)變和結(jié)晶。[9]

5、凝膠化作用通常經(jīng)物理或化學交聯(lián)而形成三維網(wǎng)絡狀結(jié)構(gòu)，稀的或具有一定粘度的聚合物溶液將轉(zhuǎn)變成無限粘稠的膠體．在某些體系的成膜過程中，凝膠化作用還常伴有溶液—膠體轉(zhuǎn)化。大部分聚合物材料為部分結(jié)晶材料，由結(jié)晶相區(qū)和無定形相區(qū)組成。聚合物內(nèi)晶區(qū)的形成取決于該聚合物從溶液中結(jié)晶析出的時間，而浸入沉淀相轉(zhuǎn)化法制膜過程為一快速過程，通常只有那些能快速結(jié)晶的聚合物，成膜后才能形成一定的結(jié)晶度，而對于大多數(shù)半晶聚合物，成膜后只能形成非常低的結(jié)晶度。2.2紡絲影響因素2.2.1溶劑對膜形態(tài)和性能的影響聚合物與溶劑相容性與二者溶度參數(shù)差值有關，差值越小，相容性越好，相互作用越大。一般認為聚合物與溶劑的相互作用

6、越弱，聚合物的沉淀速率也就越快，從而容易形成指狀孔。A.Bottino[10]探討了不同溶劑對PVDF膜形態(tài)的影響，發(fā)現(xiàn)以二甲基甲酰胺（DMF）為溶劑形成短小的指狀孔，并出現(xiàn)許多分散的球狀聚合物的聚集體，以DMAC、四甲基脲（TMU）、磷酸三甲酯（TMP）為溶劑形成大的空洞，以甲基吡咯烷酮（NMP）和二甲基亞砜（DMSO）為溶劑形成寬長的指狀孔，六甲基磷酸酰胺（HMPA）為溶劑形成短小的孔和分散的空洞。磷酸三乙酯（TEP）為溶劑形成蜂窩狀結(jié)構(gòu)，不會出現(xiàn)空洞。M.L.Yeow等指出由于TEP與PVDF相互作用相對于NMP、DMAC較弱，使得少量非溶劑就可以導致相分離，從而液—液相分離在早期

7、就產(chǎn)生，避免了大的空洞，最后得到對稱的海綿狀孔。NMP與PVDF相互作用較大，在膜的表面形成皮層，阻礙了溶劑在凝固浴中的流動性，結(jié)果在皮層下形成大的空洞。而DMF和DMAC由于與PVDF強烈的相互作用以及PVDF自身的疏水性，導致形成短小的指狀孔和一些空洞，并且最終成膜的厚度順序NMP〉TEP〉DMF〉DMAC。2.2.2凝固浴組成對膜結(jié)構(gòu)和性能的影響非溶劑與溶劑之間的相互作用影響膜的結(jié)構(gòu)和性能。二者相互作用越大，也就是二者溶度參數(shù)