PVDF/多孔陶瓷复合纳滤膜的制备及其应用研究

【摘要】：纳滤技术是近些年发展起来的一种新型的压力驱动膜分离技术,它具有操作压力低、能耗低、选择性能高、高效、环保等优点,被广泛应用在水处理、食品、化工和医药等领域。本文立足于制备综合性能比较好的复合纳滤膜,考察了不同的制膜条件对膜的结构和性能的影响;探究了氯化锂浓度对膜亲水性的影响;探究了最佳的制膜条件所制备的复合纳滤膜对不同无机盐离子的截留率及对相对分子量不同的聚乙二醇的截留率;通过所制得的复合纳滤膜的纯水通量随时间的变化来探究该膜的稳定性。本文以多孔陶瓷膜为基体,通过改变聚偏氟乙烯(PVDF)的浓度、PVDF的相对分子量、添加剂氯化锂(LiCl)的浓度、固化温度及涂膜次数制备了性能不同的PVDF/多孔陶瓷复合纳滤膜(简称之PVDF复合纳滤膜)。得到的最佳的制膜工艺条件为:选用相对分子量为70万的PVDF,在PVDF浓度为8wt%,添加剂LiCl的浓度为0.5wt%时,通过三次涂膜、80℃固化,制备了纯水通量为1.2L/(m2·h)的PVDF/微孔陶瓷复合纳滤膜,其对硫酸镁、氯化镁、相对分子质量为440Da的聚乙二醇的截留率分别达到90%、92%、90%,且有良好的稳定性,膜的纯水通量随着使用时间的增加变化很小。通过扫描电子显微镜、表面接触角测试仪及热重分析对所制得的PVDF复合纳滤膜进行表征。结果表明:当基膜的孔径较小(小于0.3μm)时,PVDF复合纳滤膜在其表面覆膜,而当基膜的孔径较大时,PVDF纳滤膜会渗入基膜孔内;随着氯化锂浓度的增加PVDF复合纳滤膜的接触角逐渐减小,当铸膜液中不添加氯化锂时,所制得的PVDF复合纳滤膜为疏水膜,随着氯化锂浓度的增加,所制得的PVDF复合纳滤膜由疏水的变为亲水的,且亲水性逐渐增强;由热重曲线知,PVDF复合纳滤膜的热稳定性也比较好,其热分解温度在250℃左右。实验发现,使用小分子的氯化锂作添加剂,一方面可以有效地减小PVDF复合纳滤膜分离层的孔径,另一方面可以提高分离层的亲水性。