针织物复合中空超滤膜的制备与研究

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1、针织物复合中空超滤膜的制备与研究摘要本文采用狭缝涂覆的方法，通过在管状针织物表面涂覆聚偏氟乙烯铸膜液制备了具有渗透性能的针织物复合膜，并讨论了针织物复合膜的水通量以及力学性能。结果显示：实验室制备的针织物复合膜渗透性能良好，水通量稳定在290L/m2.h。在力学性能测试中，复合了针织物的聚偏氟乙烯（PVDF）膜的力学性能显著增加。本研究成果的创新性及意义在于：通过复合管状针织物使得PVDF膜的力学性能改善，且复合膜渗透性能在商用上的表现已基本达到PVDF单膜水平。证明了管状针织物作为PVDF膜支撑体的优势与可行性，为PVDF膜的广泛应用做出了基础贡献研究。关键词：

2、聚偏氟乙烯；针织物复合膜；涂覆；增强织物；力学性能1.针织物与膜复合研究膜简单来说是分隔开两种流体的一个薄的阻挡层。阻挡层阻止了这两种流体间的水力学流动，因此，流体中的物质通过膜的传递是借助于吸着作用及扩散作用[1]。自从发现了膜可在污水处理中发挥良好效果，膜科学便成为研究热点。在众多的有机高分子膜材料中，由于PVDF耐高温，韧性好，有良好的机械性能和稳定的化学性质，有良好的生物惰性和成膜能力，因此PVDF膜受到了研究者的注意[2]。但聚合物膜的强力并不能达到很多领域的要求，结合针织物的优势，针织物与聚合物的复合膜也就应运而生。利用加入纤维的方式进行高强度中空纤维

3、膜的制备切实可行，同时加入纤维的方式增强纤维膜强力的效果明显。同时在其中的涤纶纤维是主要的强度承担者，这样在实际生产中，可根据使用强度要求的不同，划分不同的强度(纤维支数)等级。在不同的等级内进行渗透性能的优化，这样可以达到渗透性能与强度性能的共同提高[3]。针织间隔织物能被用于膜支撑体。典型的间隔织物包含三个相对独立的层，两个外层以及它们之间的中空层。中空层是被大量单丝纱线连接两个外层而形成的。织物外层被用于膜的附着。它们之间的中空膜用于过滤排水。这个叫做IPC膜的概念也就是具有完整渗透渠道的包围膜。通过狭缝涂覆技术涂铸膜液于间隔织物的所有层上形成膜层。第一个I

4、PC膜式用PES/PVP制成的。膜层具有最大达0.3μm的孔以及1500l/hm2的渗透量。这个IPC膜在1bar情况下容易反洗第一个在MBR上涂覆铸膜液的样品已达到MBR商品膜的水平[4]。2.实验部分2.1PVDF管状针织物复合膜的制备2.1.1管状针织物的制备利用针织手摇横机编织单层管状针织物。手动调整好所需要的机器弯纱深度。在导纱器中喂入涤纶复丝。本课题通过改变弯纱深度以及参加编织的针数来得到不同的实验样品，课题中通过比较不同样品决定选用涤纶纱线捻度为100捻/m，弯纱深度为8.5mm，纵行数为15。2.1.2PVDF针织物复合膜的制备以DMAC为溶剂，P

5、EG为制孔剂，按PVDF与DMAC的质量比为20:80来配置PVDF铸膜液，将铸膜液置于恒温水浴锅中，90oC下搅拌两小时，然后将搅拌好的铸膜液静置脱泡两小时待用。将管状针织物套在涂覆设备的不锈钢轨道上，将铸膜液倒入制膜盒，并将其沿着轨道自上而下运动，铸膜液涂覆于针织物上即得针织物复合膜。2.2测试与分析2.2.1通量测试用常规膜通量测试仪器于室温在0.1MPa下测定膜的水通量。先将复合膜在工作压力下预压15min，使通量保持稳定，然后按下式计算通量：（2-1）式中，V为通过水的体积(L)，S为膜面积(m2)，t为测试时间(h)。2.2.2断裂强力的测定采用万能强

6、力仪(美国Instron公司3369型)测试样品的力学性能，采用的标准为GB／T3923.1-1997，样品分别为干湿状态下的聚偏氟乙烯（PVDF）单膜，管状涤纶纤维针织织物，针织复合膜。测试温度为20oC，拉伸速度为50mm/min，夹持长度为50mm，选择最大载荷为1000N的夹头，实验中试样几何形状设置为管状，外径为6.6mm，内径4.3mm。3.结果与讨论3.1针织物复合膜的渗透性能研究图1所示为针织复合膜的内外表面的SEM图像，其中，图1（a）中可观察到的为致密的PVDF膜，图1（b）中可观察到支撑体针织物的线圈结构以及渗入支撑体内部PVDF铸膜液所形成

7、的不完整膜及颗粒。在电镜下可观察到外层的PVDF膜致密无孔，而内层支撑体孔隙较大，这与针织物线圈结构直接相关。在水通量测试过程中，外层PVDF膜可渗透过的水溶液，内层支撑体针织物的渗透通道不会对其阻留。总之，管状针织物的支撑对PVDF膜的渗透性能基本没有影响。图2所示为PVDF膜与针织复合膜水通量的测试结果，从图中可知针织物支撑之后的复合膜的水通量与单独的PVDF膜相比差距不大，依然稳定在290L/m2.h。因此，有理由相信针织复合膜的渗透性能在商用上的表现已经达到了PVDF单膜的水平。（a）（b）图1针织复合膜表面SEM图（a）针织复合膜的外表面（b）针织复合膜

8、的内表面图