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PPESK中空纤维及疏水化复合膜的研制与应用

靳钊  
【摘要】: 含二氮杂萘酮结构的聚芳醚砜酮(PPESK)是本研究组开发的新材料,具有较高的玻璃化转变温度,良好的溶解性、成膜性、机械性能和化学稳定性,是一类用于制备超滤膜、纳滤膜以及气体分离膜新型材料。本文对PPESK中空纤维超滤膜的制备及PPESK中空纤维膜疏水化改性进行了研究,并进行了PPESK中空纤维膜酱油除菌和PPESK中空纤维疏水膜减压膜蒸馏脱除水中氯酚的应用研究。 以PPESK为膜材料,N-甲基吡咯烷酮(NMP)和N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂,水为凝胶剂,选用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为铸膜液体系的添加剂,研究了PVP对铸膜液体系热力学和流变学性能的影响,并探讨了溶剂种类、聚合物浓度、添加剂含量对PPESK中空纤维超滤膜结构和性能的影响。制备了一系列大孔径、高通量的新型聚芳醚砜酮超滤膜。研究表明:PVP的加入可以降低铸膜液体系的热力学稳定性并提高体系粘度,并最终影响PPESK中空纤维膜的结构与性能。研究了次氯酸钠后处理对膜性能的影响,结果表明:次氯酸钠后处理可溶解中空纤维膜孔壁上残留的PVP,使膜孔径增大,纯水通量和孔隙率升高,截留率降低。同时考察了PPESK中空纤维膜的化学稳定性,表明其有较好的耐氯性和耐酸碱性能。 对PPESK中空纤维超滤膜脱除酱油中的菌类进行了研究。探讨了操作条件对膜性能的影响以及清洗的方法。结果表明:PPESK中空纤维超滤膜对酱油中的菌类有100%的脱除能力;在27h连续运行实验中,膜的渗透通量没有显著降低;经过蒸汽及化学试剂清洗,膜的通量恢复率均为100%。 分别研究了硅橡胶、氟橡胶和氟硅橡胶三种疏水材料对PPESK中空纤维膜涂覆改性的效果。结果表明:三种方法均显著提高了PPESK中空纤维膜的疏水性,复合膜的水接触角和水透过压力均有所提高。其中硅橡胶涂覆复合膜的膜蒸馏渗透通量可达3.3L·m~(-2)·h~(-1),对5g/L NaCl水溶液的截留率为99%,在14天连续测试实验中,硅橡胶涂覆复合膜的性能稳定。氟橡胶涂覆复合膜的膜蒸馏渗透通量为3.1 L·m~(-2)·h~(-1),对NaCl水溶液的截留率为98%,但截留率随测试时间的延长而明显降低。氟硅橡胶涂覆复合膜的渗透通量可达3.7 L·m~(-2)·h~(-1),对NaCl水溶液的截留率为94.6%,氟硅橡胶涂覆复合膜在11天后截留率衰减明显。 研究了PPESK中空纤维疏水膜减压膜蒸馏法对水中氯酚的脱除性能。计算了中空纤维减压膜蒸馏过程中传质系数和脱除因子,用以表征不同操作条件下对氯酚的脱除能力和脱除效果。结果表明:减压膜蒸馏对水中氯酚有很好的脱除效果。增加操作压力将会增加传质系数,对脱除因子的影响不大;增加操作温度将会增加传质系数,但脱除因子会有所下降。 以PVDF、PPESK为膜材料,制备了中空纤维合金膜。研究了聚合物相容性、聚合物含量、共混比、添加剂种类对膜结构和膜蒸馏性能的影响。结果表明:当共混比为18:1和18:2时,两种聚合物组分具有较好的相容性;在负压0.01MPa下,PVDF/PPESK共混合金膜的膜蒸馏通量可达到10.70 L·m~(-2)·h~(-1),对5g/L NaCl溶液的截留率为99%。将PVDF/PPESK中空纤维合金膜用于脱除水中的氯酚,在40℃操作时间为1h时脱除率为39%。


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