聚偏氟乙烯中空纤维膜制备及其性能调控开题报告

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1、开题报告聚偏氟乙烯中空纤维膜制备及其性能调控一、选题的背景、意义如今，对生态的保护和环境的治理工作日益严峻，尤其是淡水水系的污染问题突显，部分地区人们的饮水严重困难，一些曾经淡水资源充沛的地区也因为河流、湖泊、地下水被污染而出现缺水。人们不禁要问，为何水汽循环往复，源源不断，还为什么会出现缺水。那是因为很多水源未经处理不能直接作为生活用水使用。而在水处理领域，膜分离的应用十分广泛，膜分离是借助膜的选择透过作用，对混合物溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法，膜分离可比传统的方法耗能低、过程简单、经济性好而且效率高。[1]中空纤维膜是目前为止效率最高的分离膜的形式，具有充填密度高，比表

2、面积大，自支撑作用强，可进行高压操作的特点，因此广泛用于污水处理、饮用水净化、海水淡化处理等诸多领域。中空纤维膜也有一些自身缺陷，如内部多孔结构在增加其通量的同时也降低了纤维的力学性能，膜清洗难度高等。选择合适的制膜材料是成功制备中空纤维膜的首要前提，从近几年国内外发表的科技文献来看，聚砜类材料如聚醚砜和改性聚醚砜，聚偏氟乙烯，聚丙烯，壳聚糖等成为了主要选择，改性方法主要有共混、共聚和接枝。周媛等[2]将聚氨酯弹性体作为制备PVDF中空纤维膜的共混添加剂，使其具有良好的抗酸碱性能和抗污染性能。Tai-Shung等[3]使用硅脂作为密封层，聚4-乙烯基吡啶作为选择性层，聚醚砜作为支持材料，

3、进行共混制备用于气体分离的中空纤维膜，研究了层与中空纤维膜性能之间的联系，发现选择性层对纤维性能的影响最为显著。肖通虎[4]等制了壳聚糖中空纤维膜，研究采用乙醇和正己烷液—液交换干燥，有效地避免了膜结构的完全致密化，壳聚糖中空纤维膜膜应用于渗透汽化分离碳酸二甲酯/甲醇混合物，可突破恒沸组成的限制，而且渗透通量较大。聚偏氟乙烯（PVDF）的密度为1.75-1.78g／cm3。玻璃化温度-39℃，脆化温度-62℃，熔点170℃，热分解温度316℃以上，长期使用温度－40～150℃。聚偏氟乙烯（PVDF）中空纤维膜是新发展起来的一种特种纤维品种，该纤维特点是化学稳定性好、机械强度高、抗吸附污染

4、型好、耐紫外线老化、分离透过通量高、装填密度大，是中空纤维分离膜中的一种新型高效品种，其在水净化和污水处理领域中的应用日益广泛。二、相关研究的最新成果及动态2.1相转化法制备聚偏氟乙烯中空纤维膜用溶液相转化法制备聚偏氟乙烯中空纤维膜的一般过程包括：将聚偏氟乙烯及其添加剂溶解均匀，静置脱泡，纺丝的时候通过特制的纺丝头加一定的挤压将溶液挤出，挤出时候伴随着芯液（内凝固浴）形成初始中空纤维，再经过一定距离的空气浴长度后进入外凝固浴，最后内外发生相转化固化成膜。在固化成膜的过程中，还要经过一定的牵伸距离，后由收集装置收集纤维。制备过程中中空纤维膜的相转变过程主要是凝胶化，玻璃化转变和结晶。[9]

5、凝胶化作用通常经物理或化学交联而形成三维网络状结构，稀的或具有一定粘度的聚合物溶液将转变成无限粘稠的胶体．在某些体系的成膜过程中，凝胶化作用还常伴有溶液—胶体转化。大部分聚合物材料为部分结晶材料，由结晶相区和无定形相区组成。聚合物内晶区的形成取决于该聚合物从溶液中结晶析出的时间，而浸入沉淀相转化法制膜过程为一快速过程，通常只有那些能快速结晶的聚合物，成膜后才能形成一定的结晶度，而对于大多数半晶聚合物，成膜后只能形成非常低的结晶度。2.2纺丝影响因素2.2.1溶剂对膜形态和性能的影响聚合物与溶剂相容性与二者溶度参数差值有关，差值越小，相容性越好，相互作用越大。一般认为聚合物与溶剂的相互作用

6、越弱，聚合物的沉淀速率也就越快，从而容易形成指状孔。A.Bottino[10]探讨了不同溶剂对PVDF膜形态的影响，发现以二甲基甲酰胺（DMF）为溶剂形成短小的指状孔，并出现许多分散的球状聚合物的聚集体，以DMAC、四甲基脲（TMU）、磷酸三甲酯（TMP）为溶剂形成大的空洞，以甲基吡咯烷酮（NMP）和二甲基亚砜（DMSO）为溶剂形成宽长的指状孔，六甲基磷酸酰胺（HMPA）为溶剂形成短小的孔和分散的空洞。磷酸三乙酯（TEP）为溶剂形成蜂窝状结构，不会出现空洞。M.L.Yeow等指出由于TEP与PVDF相互作用相对于NMP、DMAC较弱，使得少量非溶剂就可以导致相分离，从而液—液相分离在早期

7、就产生，避免了大的空洞，最后得到对称的海绵状孔。NMP与PVDF相互作用较大，在膜的表面形成皮层，阻碍了溶剂在凝固浴中的流动性，结果在皮层下形成大的空洞。而DMF和DMAC由于与PVDF强烈的相互作用以及PVDF自身的疏水性，导致形成短小的指状孔和一些空洞，并且最终成膜的厚度顺序NMP〉TEP〉DMF〉DMAC。2.2.2凝固浴组成对膜结构和性能的影响非溶剂与溶剂之间的相互作用影响膜的结构和性能。二者相互作用越大，也就是二者溶度参数