膜蒸馏脱盐用PDMS/SiO_2/PVDF超疏水复合膜的研制

【摘要】：膜蒸馏作为一种极具发展前景的以疏水膜为介质的膜分离技术,已经成为水处理领域的研究热点。膜蒸馏选用的分离膜需要具备良好的抗润湿性和稳定性,从而实现膜蒸馏的长期运行。本文旨在探究出一种膜蒸馏用超疏水膜的制备方法,同时引入亲水性纳米粒子,以探究亲水粒子构成的粗糙表面层对超疏水复合膜抗润湿性能的影响。后将这种方法初步尝试用于在膜蒸馏中少有人用的大孔疏水膜的超疏水改性,以探究其在膜蒸馏应用中的可能和局限。首先,利用溶胶-凝胶法在常温、碱性条件下制备亲水二氧化硅溶液,将溶液涂覆于疏水聚偏氟乙烯(PVDF)基膜表面,制备了SiO_2/PVDF复合膜。实验探究了SiO_2粒径、SiO_2溶液涂覆时间以及静置处理时间对于复合膜性能的影响。结果显示得到表面粗糙度较高的复合膜,接触角达到25.8°。然后,利用课题组内已有的实验方案制备聚二甲基硅氧烷(PDMS)溶液,涂覆于SiO_2/PVDF复合膜表面,制得PDMS/SiO_2/PVDF超疏水复合膜。在提高纳米粒子稳定性的同时,为复合膜提供疏水的、具有低表面能的涂层。实验探究了PDMS溶液涂覆时间、PDMS质量分数对复合膜性能的影响。复合膜接触角达到162.3°,在料液为3.5wt%氯化钠盐溶液的持续60 h的直接接触式膜蒸馏运行过程中,通量稳定为24.5 kg/(m~2·h),截留率始终保持在99.8%以上。最后,利用上述探究所得的超疏水膜制备方法对大孔聚四氟乙烯(PTFE)疏水膜进行改性,并探究该复合膜的膜蒸馏性能。大孔PTFE疏水复合膜达到超疏水,在研究中发现,疏水层过薄是大孔疏水薄膜较难应对长时间膜蒸馏运行的原因,通过提高复合膜的疏水层厚度,膜蒸馏性能稳定。