疏水膜在膜蒸馏中的应用进展

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1、疏水膜在膜蒸馏中的应用进展序言PTFE疏水膜PVDF疏水膜PP疏水膜结语序言膜蒸馏(membranedistillation,简称MD)是膜技术与蒸馏过程相结合的分离过程。用于膜蒸馏的膜材料应满足疏水性和多孔性两个要求，以保证水不会渗入到微孔内和具有较高的通量。另外，足够的机械强度、好的热稳定性、化学稳定性以及低的导热系数也是MD用膜材料所必需的。近年来，MD过程膜材料的研究开发集中于3种膜材料，即聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)和聚丙烯(PP)，它们的疏水性能都较好。PTFE、PVDF和PP的表面张力依次为(25～33)×10

2、-3N/m、(2334)×10-3N/m和40×10-3N/m，说明PTFE膜的疏水性最好。从耐氧化性及化学稳定性看，PTFE膜优于其他两种膜，这使得PTFE膜所应用的物系非常广泛，PVDF膜次之。PP膜化学稳定性及耐氧化性相对较差。PTFE疏水膜与其它材料比较，聚四氟乙烯(PTFE)具有更优异的疏水性能和发达的孔隙结构。在膜蒸馏过程中由于多微孔的结构特征使PTFE易吸附杂质，导致疏水性能降低。因此需要对PTFE进行超疏水改性。金王勇等采用自制的超疏水剂进行改性，并对改性效果和在膜蒸馏中的应用进行了研究。试验结果表明，改性后PTFE平板膜与蒸

3、馏水、油的接触角均明显提高；超声波震荡表明改性剂可稳定地吸附在膜上；改性PTFE平板膜组件进行工厂放大膜蒸馏试验，表明组件可保持较高膜通量；改性明显降低了膜污染程度。PTFE膜用于MD过程的研究表明，膜结构参数的最佳范围是：微孔孔径0.2～1m，孔隙率62%～80%。因此，研制和开发新膜的关键是改善这两个性能参数，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关注的问题，只有研制成本较低且易于产业化的制膜工艺，才能使这种性能优良的MD用膜材料发挥更大的作用。PVDF疏水膜PVDF膜在常温下是可溶的，较PTFE膜易制备,PVDF膜又有较

4、好的耐热性及疏水性，因而成为理想的MD膜材料，开发潜力大。PVDF用于制备MD用的疏水膜的方法主要有拉伸法和相转化法。相对于拉伸成膜法，相转化法可以有效地对膜孔结构进行控制，根据需要制备不对称膜。目前，国内外主要采用L-S相转化法(溶液相转化法)制备PVDF微孔膜。下面就制膜过程中不同因素对膜性能的影响分别简要介绍一下。1、固含量对膜性能的影响一般认为，随PVDF含量增加,初凝胶时间变短,相转化分离过程加快，微胞构造和网络未能充分发育，故膜的平均孔径和孔隙率都减小。由电镜扫描图可知，随PVDF含量增加，膜结构变得更为紧密，下表面的孔径减小。2

5、、溶剂对膜性能的影响可作为聚偏氟乙烯溶剂的物质有：二甲基乙酞胺(DMAc)，二甲基甲酞胺(DMF)，N-甲基吡络烷酮(NMP)，二甲基亚砜(DMSO)等非极性溶剂。以DMA-c和DMF为溶剂制得膜的形态兼有海绵状结构和指状孔结构，以DMSO和NMP作溶剂制得的膜，其指状孔相互贯通形成较大的空腔。另外可以通过采用混合溶剂的方法，来改善膜的孔径和孔隙率。王静荣通过控制DMAc/AC的比例，在相同的条件下，考察丙酮含量对膜性能的影响。发现随丙酮含量增加，膜的透水量下降，截留率升高。3、添加剂对膜性能的影响为制备用于膜蒸馏的疏水性PVDF微滤膜，不宜

6、采用水溶性高分子添加剂。因为水溶性高分子添加剂会残留于膜中，虽可用乙醇反复萃取去除，但仍仍有少量不能除尽，从而降低膜的疏水性、膜蒸馏的截留率和膜的使用寿命。孔瑛等采用易于去除的无机盐LiCl作添加剂制备PVDF膜，结果表明，所制备的膜具有高孔隙率、低孔径和高除盐率。膜的疏水性也明显提高，膜的形态结构则发生了明显的变化，兼有指状结构和海绵状结构。4、挥发时间对膜性能的影响对于有挥发性溶剂的铸膜液，挥发时间的变化不仅改变了铸膜液的组成，也改变了铸膜液中聚合物的聚集态结构。因而对膜的形态结构有着复杂的影响。对于Ac/DMAc-PVDF体系，孔瑛等指

7、出随挥发时间增加平均孔径整体上大幅度上升，而孔隙率在总体上有所下降。5、凝胶液组成对膜性能的影响孔瑛等指出在凝胶浴中加入NaCl后，减少了沉淀剂水的活度，从而使溶剂和沉淀剂的化学势之差降低，溶剂与沉淀剂的交换速度降低，最终导致聚合物沉淀速度降低，形成致密膜结构。NaCl浓度越大，膜越致密，因而其孔隙率也越低。在凝胶浴中加入乙醇对膜形态结构的影响与加入NaCl完全不同。随着乙醇含量的增加,膜中指状结构逐渐减少,最终完全成为海绵状结构。这个变化与沉淀剂溶解度参数有关。6、凝胶液温度对膜性能的影响刘双进指出膜性能随凝胶水浴温度升高,膜的透水速度明显

8、提高,截留率有所降低。说明膜的孔径受凝固速度的影响,而凝固速度决定于膜中溶剂与非溶剂之间的扩散速度。温度升高,非溶剂扩散速度加快,从而得到孔径较大的膜。PP疏水膜与