亲水改性聚醚砜中空纤维超滤膜应用于油水分离体系的研究

《亲水改性聚醚砜中空纤维超滤膜应用于油水分离体系的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、亲水改性聚醚砜中空纤维超滤膜应用于油水分离体系的研究1,21，*2葛洁任吉中杨凤林1.大连化学物理研究所膜技术国家工程研究中心，大连1160232.大连理工大学环境与生命学院，大连116023摘要：本文通过高分子共混技术制备了亲水改性的聚醚砜中空纤维超滤膜，以此为基础进行了分离乳化油废水溶液的实验研究。考察了原料液浓度、操作压力、膜面流速等操作条件对亲水超滤膜分离性能的影响规律，分析确定了适宜的操作条件。实验结果表明亲水聚醚砜超2滤膜的油水分离性能优异，膜的稳定通量超过100L/(m.h)，乳化油截留率>95%，渗透液油含量<10mg/L。此外，与疏水性的聚砜膜进行了多方面性能比较，

2、亲水性聚醚砜超滤膜在极限通量、稳定通量及清洗后水通量恢复率等方面均表现出显著优势，说明其具有良好的耐污染性。关键词:亲水改性；超滤膜；膜制备；油水分离1、前言随着工业经济的迅猛发展，大量石化、机械加工过程排放的含油废水会对环境造成严重危害。传统处理含油废水的方法包括重力分离、絮凝沉降、溶气气浮、生物处理等，投资大、能耗高、操作复杂且易造成二次污染。而采用超滤膜法分离含油废水，具有高效节能、设备[1-2]简单和成本低廉等突出优点日益受到人们的青睐。目前膜污染问题是限制其规模化应用[3][4]的最大瓶颈。由于常用的油水分离膜多采用疏水性材料,极易造成严重的污染，因此研制开发亲水性强、耐污

3、染的新型膜材料已成为当务之急，也是未来油水分离膜发展的必然趋势。本论文以聚醚砜为主体制膜材料，通过与亲水性高聚物共混改性，制备了高通量、耐污染的中空纤维超滤膜。以此为基础进行了处理含有乳化油废水的实验研究，考察了不同操作条件对亲水性超滤膜分离性能的影响。同时与疏水性的聚砜膜进行了比较，进而研究亲水膜材料的耐油污染性能，为拓展亲水超滤膜在油水分离领域的应用奠定基础。2、实验部分2.1实验材料及试剂聚醚砜，BASF公司生产；聚乙烯吡咯烷酮，Sigma公司生产；N,N—二甲基乙酰胺（分析纯），天津市科密欧化学试剂开发中心生产；正癸烷（化学纯），上海试剂一厂生产；Span-80(化学纯)，国

4、药集团化学试剂有限公司生产。2.2中空纤维超滤膜的制备将高分子材料和溶剂、添加剂按照一定比例混合后,在加热条件下充分搅拌、溶解形成铸膜液,经过滤和脱泡后,采用干喷-湿纺工艺制备亲水改性聚醚砜中空纤维超滤膜。采用化学试剂进行后处理，并经一定浓度甘油保护液处理48hr和空气干燥后，制备测试用膜组件。2.3膜性能的表征2.3.1膜的渗透性能评价将制备好的膜组件安装在自制的评价装置上，以内压错流方式循环操作，在一定压力下测定中空纤维超滤膜的渗透通量。QJ=渗透通量的计算公式为：()A•t22（J－渗透通量,L/m.h；Q－透过液体积,L；A—有效膜面积,m；t－操作时间,h）2.3.2膜的截

5、留性能评价按比例将正癸烷、表面活性剂和水混合均匀，配制成一定浓度的乳化油水溶液作为原料液，在不同操作条件下进行测试，采用紫外分光光度法检测原料液和透过液中油的浓度。C−C截留率的计算公式为：α=原料液透过液∗100%（α—截留率；C—溶液浓度）C原料液3.结果与讨论3.1不同操作条件对亲水改性聚醚砜超滤膜分离性能的影响3.1.1操作压力和料液浓度对膜通量的影响控制膜面流速为1m/s，测定不同料液浓度下亲水PES超滤膜渗透通量随操作压力的变化，结果如图1所示。由图1可以看出，超滤处理含油乳液过程中，随着操作压力的增加，起始阶段膜通量呈线性迅速增长；此后通量增长逐渐减缓，当压力超过一定值

6、（约0.08Mpa）时，通量不再随压力成比例增加，而是几乎与压力变化无关。这说明膜面已形成凝胶层，此时相应的通量即为极限通量，极限通量的值随料液浓度的增加而减少。而当操作压力超过0.1MPa后，膜通量出现急剧下降的现象，这可能是由于乳化油滴具有可压缩性，压力增大到一定程度将使油滴挤压变形而进入膜孔，从而引起膜孔堵塞，导致膜通量下降。因此为减少浓差极化和膜污染，处理含油乳液时应保持较低的操作压力，本实验选择的最佳操作压力为0.05MPa。在相同操作条件下，随着料液浓度的增加，膜面截留的溶质浓度升高,浓差极化效应越来越显著，更易形成凝胶层，所以膜通量随之快速降低。料液浓度的对数和膜通量的

7、变化呈线性关系，如图2所示，这也符合凝胶极化的公式（1）：J=ΔP/[η(Rm+Rg)]=kln(Cg/Cb)（1）根据上述公式，还可从图2中推算出凝胶浓度Cg和传质系数K。Cg与主体料液的浓度无关，[5]但溶质大小、形状、化学结构及溶剂化程度对其均有影响。250100mg/L500mg/L200800mg/L1000mg/L.h)1502100Flux(L/m50000.020.040.060.080.10.12TransmembranePressure