疏水膜在膜蒸馏中的应用进展.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,(membrane distillation,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,、,PV,DF,和,PP,的表面张力依次为,(25,33)10,-3,N/m,、,(23,34)10,-3,N/m,和,4010,-3,N/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,、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,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,PTFE,和,PVDF,相比，聚丙烯膜耐溶剂性、化,学稳定性、热稳定性和疏水性相对较差，不过因其,价格低廉，开发,PP,膜市场前景看好。,TIPS,法制取的,PP,膜具有易控制窄孔径分布、孔隙率调节范围宽及,制备材料广等特点，因而成为制备膜蒸馏用,PP膜的,重要方法。,1,、,PP,平板膜的研制,铸膜液所采用的稀释剂若为易挥发的物质，则,可通过引入蒸发过程，制备性能不同的,PP,膜。,Matsuyama,制备了,i-PP-,二苯醚体系在不同聚合,物浓度,(15%,、,20%,、,30%),时非对称微孔膜，并且在,固,-,液相分离前引入蒸发过程，由于蒸发过程的进行,可在相分离前在聚合物中形成从表层到底层的浓度,梯度，制得了表层孔径渐小的蜂窝状非对称,i-PP,微,孔膜。,2,、,PP,中空纤维膜的研制,PP,膜因为价格低廉而具有较大的市场竞争力，,从工业应用前景看，中空纤维膜的研制具有产业,化优势，开发价值很高，纺丝工艺在决定膜性能方,面起了重要作用。采用不同稀释剂体系制取的聚丙,烯中空纤维膜，提高膜的分离性能是首要目标，同,时也要兼顾膜的成本。,总之，,PP,膜因其价格低廉而具有很好的应用前,景，但该膜制备工艺较难控制，另外由于,PP,膜制备,中存在表面皮层、易污染、抗氧化性能差等不利因,素，也是研究者亟待解决的问题。,结语,目前，用于膜蒸馏过程的疏水膜还存在许多问,题，如疏水膜的疏水性需进一步提高，疏水膜易受,污染，且膜通量不高。对此，迫切需要研制出分离,性能好、价格低廉、膜通量高、抗污染性能好的疏,水膜。,疏水膜作为膜蒸馏过程汽,-,液相平衡的界面及热、,质传递的界面，它无疑对分离过程起着至关重要的,作用。目前膜蒸馏用膜的研究仍具有很大潜力，如,何研制价格低廉、孔隙率高、通量高、易于工业化,生产及应用的,MD,新型膜材，已成为诸多研究者追,求的目标。另外用于膜蒸馏膜材料的开发应放眼于,工业化制备及应用，故工艺简单、易于操作、成本,低廉应作为首要研究方向。新型理想的膜材料研制,成功，将使新型分离技术,膜蒸馏具有更广阔的应,用空间。,Thank You!,