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1、疏水膜在膜蒸餾中的應(yīng)用進(jìn)展序言PTFE疏水膜PVDF疏水膜PP疏水膜結(jié)語(yǔ)序言膜蒸餾(membranedistillation,簡(jiǎn)稱MD)是膜技術(shù)與蒸餾過(guò)程相結(jié)合的分離過(guò)程。用于膜蒸餾的膜材料應(yīng)滿足疏水性和多孔性兩個(gè)要求，以保證水不會(huì)滲入到微孔內(nèi)和具有較高的通量。另外，足夠的機(jī)械強(qiáng)度、好的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性以及低的導(dǎo)熱系數(shù)也是MD用膜材料所必需的。近年來(lái)，MD過(guò)程膜材料的研究開(kāi)發(fā)集中于3種膜材料，即聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)和聚丙烯(PP)，它們的疏水性能都較好。PTFE、PVDF和PP的表面張力依次為(25～33)×10
2、-3N/m、(2334)×10-3N/m和40×10-3N/m，說(shuō)明PTFE膜的疏水性最好。從耐氧化性及化學(xué)穩(wěn)定性看，PTFE膜優(yōu)于其他兩種膜，這使得PTFE膜所應(yīng)用的物系非常廣泛，PVDF膜次之。PP膜化學(xué)穩(wěn)定性及耐氧化性相對(duì)較差。PTFE疏水膜與其它材料比較，聚四氟乙烯(PTFE)具有更優(yōu)異的疏水性能和發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)。在膜蒸餾過(guò)程中由于多微孔的結(jié)構(gòu)特征使PTFE易吸附雜質(zhì)，導(dǎo)致疏水性能降低。因此需要對(duì)PTFE進(jìn)行超疏水改性。金王勇等采用自制的超疏水劑進(jìn)行改性，并對(duì)改性效果和在膜蒸餾中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，改性后PTFE平板膜與蒸
3、餾水、油的接觸角均明顯提高；超聲波震蕩表明改性劑可穩(wěn)定地吸附在膜上；改性PTFE平板膜組件進(jìn)行工廠放大膜蒸餾試驗(yàn)，表明組件可保持較高膜通量；改性明顯降低了膜污染程度。PTFE膜用于MD過(guò)程的研究表明，膜結(jié)構(gòu)參數(shù)的最佳范圍是：微孔孔徑0.2～1?m，孔隙率62%～80%。因此，研制和開(kāi)發(fā)新膜的關(guān)鍵是改善這兩個(gè)性能參數(shù)，以便大幅度提高膜的通量。另外如何降低膜的成本也是值得關(guān)注的問(wèn)題，只有研制成本較低且易于產(chǎn)業(yè)化的制膜工藝，才能使這種性能優(yōu)良的MD用膜材料發(fā)揮更大的作用。PVDF疏水膜PVDF膜在常溫下是可溶的，較PTFE膜易制備,PVDF膜又有較
4、好的耐熱性及疏水性，因而成為理想的MD膜材料，開(kāi)發(fā)潛力大。PVDF用于制備MD用的疏水膜的方法主要有拉伸法和相轉(zhuǎn)化法。相對(duì)于拉伸成膜法，相轉(zhuǎn)化法可以有效地對(duì)膜孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制，根據(jù)需要制備不對(duì)稱膜。目前，國(guó)內(nèi)外主要采用L-S相轉(zhuǎn)化法(溶液相轉(zhuǎn)化法)制備PVDF微孔膜。下面就制膜過(guò)程中不同因素對(duì)膜性能的影響分別簡(jiǎn)要介紹一下。1、固含量對(duì)膜性能的影響一般認(rèn)為，隨PVDF含量增加,初凝膠時(shí)間變短,相轉(zhuǎn)化分離過(guò)程加快，微胞構(gòu)造和網(wǎng)絡(luò)未能充分發(fā)育，故膜的平均孔徑和孔隙率都減小。由電鏡掃描圖可知，隨PVDF含量增加，膜結(jié)構(gòu)變得更為緊密，下表面的孔徑減小。2
5、、溶劑對(duì)膜性能的影響可作為聚偏氟乙烯溶劑的物質(zhì)有：二甲基乙酞胺(DMAc)，二甲基甲酞胺(DMF)，N-甲基吡絡(luò)烷酮(NMP)，二甲基亞砜(DMSO)等非極性溶劑。以DMA-c和DMF為溶劑制得膜的形態(tài)兼有海綿狀結(jié)構(gòu)和指狀孔結(jié)構(gòu)，以DMSO和NMP作溶劑制得的膜，其指狀孔相互貫通形成較大的空腔。另外可以通過(guò)采用混合溶劑的方法，來(lái)改善膜的孔徑和孔隙率。王靜榮通過(guò)控制DMAc/AC的比例，在相同的條件下，考察丙酮含量對(duì)膜性能的影響。發(fā)現(xiàn)隨丙酮含量增加，膜的透水量下降，截留率升高。3、添加劑對(duì)膜性能的影響為制備用于膜蒸餾的疏水性PVDF微濾膜，不宜
6、采用水溶性高分子添加劑。因?yàn)樗苄愿叻肿犹砑觿?huì)殘留于膜中，雖可用乙醇反復(fù)萃取去除，但仍仍有少量不能除盡，從而降低膜的疏水性、膜蒸餾的截留率和膜的使用壽命?？诅炔捎靡子谌コ臒o(wú)機(jī)鹽LiCl作添加劑制備PVDF膜，結(jié)果表明，所制備的膜具有高孔隙率、低孔徑和高除鹽率。膜的疏水性也明顯提高，膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)則發(fā)生了明顯的變化，兼有指狀結(jié)構(gòu)和海綿狀結(jié)構(gòu)。4、揮發(fā)時(shí)間對(duì)膜性能的影響對(duì)于有揮發(fā)性溶劑的鑄膜液，揮發(fā)時(shí)間的變化不僅改變了鑄膜液的組成，也改變了鑄膜液中聚合物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)。因而對(duì)膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)有著復(fù)雜的影響。對(duì)于Ac/DMAc-PVDF體系，孔瑛等指
7、出隨揮發(fā)時(shí)間增加平均孔徑整體上大幅度上升，而孔隙率在總體上有所下降。5、凝膠液組成對(duì)膜性能的影響孔瑛等指出在凝膠浴中加入NaCl后，減少了沉淀劑水的活度，從而使溶劑和沉淀劑的化學(xué)勢(shì)之差降低，溶劑與沉淀劑的交換速度降低，最終導(dǎo)致聚合物沉淀速度降低，形成致密膜結(jié)構(gòu)。NaCl濃度越大，膜越致密，因而其孔隙率也越低。在凝膠浴中加入乙醇對(duì)膜形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響與加入NaCl完全不同。隨著乙醇含量的增加,膜中指狀結(jié)構(gòu)逐漸減少,最終完全成為海綿狀結(jié)構(gòu)。這個(gè)變化與沉淀劑溶解度參數(shù)有關(guān)。6、凝膠液溫度對(duì)膜性能的影響劉雙進(jìn)指出膜性能隨凝膠水浴溫度升高,膜的透水速度明顯
8、提高,截留率有所降低。說(shuō)明膜的孔徑受凝固速度的影響,而凝固速度決定于膜中溶劑與非溶劑之間的擴(kuò)散速度。溫度升高,非溶劑擴(kuò)散速度加快,從而得到孔徑較大的膜。PP疏水膜與
