PVDF-g-PVP及PVDF/PVP微滤膜的制备与表征

选取经辐射接枝的PVDF(聚偏氯乙烯)-g-PVP(聚乙烯基吡咯烷酮)接枝物粉体及相同PVP含量的PVDF/PVP共混物粉体,利用浸没-沉淀相转化法制备微滤膜,并通过元素分析、红外光谱(FT-IR)、热重分析(TG)、差示扫描量热(DSC)、扫描电镜(SEM)对PVDF膜、PVDF-g-PVP及PVDF/PVP微滤膜的结构和性能进行表征,同时对膜的接触角和水通量进行测试.实验结果表明,PVDF-g-PVP及PVDF/PVP微滤膜的亲水性随PVP含量的增加而增强,但二者的热稳定性与PVDF膜相比略有降低.由于PVDF/PVP微滤膜中的PVP在成膜过程中主要作致孔剂,大部分会流失,因此与PVDF-g-PVP微滤膜相比,相同PVP含量的铸膜液在成膜后PVDF/PVP膜中的N含量较低,膜表面孔数较多,水通量较大,但亲水性略低.

凝胶成份对PVDF/PVP中空纤维超滤膜结构与性能的影响

采用干-湿相转化法制备PVDF/PVP共混中空纤维超滤膜,通过改变内外凝胶浴组成控制膜的结构和性能,使用扫描电镜对不同凝胶条件下膜的微观形貌和结构进行了表征,以纯水通量和BSA截留率评价膜性能。结果表明,芯液中溶剂质量分数由10%升高至50%会使膜孔收缩,膜通量下降;芯液中甘油质量分数由10%升至30%后能使膜形成大孔结构,使通量增大。凝胶浴中溶剂质量分数高于40%,会使聚合物溶解,但加入质量分数1%的醋酸能降低高浓度溶剂的溶解作用,使通量升高。

多巴胺仿生修饰PVDF微滤膜的制备及性能

为了提高PVDF微滤膜的亲水性和抗污染性能,通过浸没沉淀相转换法制备聚偏氟乙烯(PVDF)微滤膜,利用多巴胺超强的黏附性及易自聚形成聚多巴胺(PDA)的优势,对PVDF微滤膜进行表面涂覆改性,并通过ATR-FTIR、SEM和抗污染性能测试等方法探究PVDF微滤膜的性能.结果表明:通过涂覆的方法成功地将PDA沉积在PVDF微滤膜表面,改善了PVDF微滤膜表面亲水性和抗蛋白吸附性能,水接触角从纯PVDF膜的95°降低至改性膜的44°,对BSA蛋白的截留率为96.5%,通量恢复率(FRR)从纯PVDF微滤膜的43.26%增加到改性膜的77.73%.

增强型聚偏氟乙烯(PVDF)微孔膜的研制

研究了该膜制备中溶剂的选择，ＤＭＡＣ的浓度、添加剂以及凝胶工艺的改变对膜性能的影响。在此基础上研制的此种膜具有强的耐酸碱腐蚀能力和宽的温度适应范围；

铸膜条件对相转化法制备PVDF微滤膜性能的影响

研究了浸没沉淀相转化法制备聚偏氟乙烯(PVDF)微滤膜过程中挥发时间、凝胶浴温度、铸膜厚度和铸膜速度对成膜的形态结构、孔隙率、过滤性能以及污染性能的影响。结果表明,随挥发时间延长,成膜孔隙率变小,纯水通量先增加后减小,以10 s为挥发时间制得的膜抗污染性能最强;随凝胶浴温度的升高,孔隙率、纯水通量及抗污染性能先增大后减小,在45℃成膜污染速率最低;随铸膜厚度的增加,纯水通量逐渐减小,孔隙率呈现先增加后减小的规律,且铸膜厚度为0.25 mm时成膜抗污染性能最好。

PVDF微滤膜清洗研究

对污染前后及清洗后的微滤膜进行了扫描电镜的实验,观察膜清洗后的效果。实验结果表明,微滤膜经过一段时间的使用后,化学清洗对微滤膜通量的恢复不是很明显,与水力清洗的效果相当。在确定较佳的工艺参数的情况下对污染后的微滤膜进行了气水抖动清洗,可使膜通量恢复90%左右。

不同聚合物分子量对相转化法制备PVDF微滤膜性能的影响

研究了不同聚合物分子量对浸没沉淀相转化法制备聚偏氟乙烯(PVDF)微滤膜的形态结构、成膜厚度、过滤性能、亲水性、孔隙率、临界通量以及污染性能的影响。试验结果表明,随聚合物分子量的增加,铸膜液黏度越大,越利于膜亚层形成指状连通结构,孔隙率逐渐增大,但成膜厚度及纯水通量逐渐降低。聚合物分子量在一定程度上会影响膜亲水性及膜抗污染性能,即在一定范围内膜的亲水性能及抗污染性能会随聚合物分子量呈正相关性,但超出一定范围则呈负相关性,而临界通量值则随分子量的提高呈现出略微减少的趋势,但相差不大。

PVP含量对聚偏氟乙烯制备的编织管增强型中空纤维膜结构与性能的影响

以聚偏氟乙烯(PVDF)树脂为原料,选择聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为成孔剂,N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)为溶剂,制备PVDF编织管增强型中空纤维膜。研究了PVP的含量对制备膜丝的结构与性能的影响。结果表明,当PVP质量分数在10%时,所得膜丝的剥离强度和纯水通量性能最佳。

PVDF超滤膜用于城市污水深度处理的试验研究

采用混凝沉淀-超滤组合工艺进行了城市二级出水深度处理的试验。结果表明,超滤膜对浊度、UV254、COD、PO43--P的平均去除率分别为100%、21.2%、28.36%、31.5%,超滤膜分离系统的产水率为84.6%。超滤前加混凝沉淀预处理,可以提高水中有机物的去除率,同时减轻了膜污染。

PVDF/CA共混微滤膜的研制

通过PVDF与CA共混来提高PVDF膜的亲水性，以纯水通量、膜的最大泡点压力、平均泡点压力等性能为指标，设计了九因素（共混比、固含量、溶剂种类、溶剂比、添加剂种类及含量、蒸发时间、凝胶浴温度、凝胶时间）四水平的正交试验表研究膜制备过程中各因素对PVDF／CA共混微滤膜性能的影响．实验结果表明：固含量是最主要的影响因素，其次是共混比、溶剂种类、添加剂含量、凝胶浴温度、凝胶时间、蒸发时间、添加剂种类和溶剂比．较佳的成膜条件为：PVDF／CA共混比4：1，固含量12％～14％，添加剂N-甲基-2-吡咯烷酮质量分数2％～3％，二甲基甲酰胺／正丁醇混合溶剂比7：1，蒸发时间30s，在20～30℃的自来水中凝胶50～70min，在此较优条件下可制备孔径为0．55～0．65μm，0．06MPa下的纯水通量27℃时为205．37～292．53mL／（cm^2·h）的PVDF／CA共混微滤膜．

不同溶剂制备的PVDF微滤膜使用后膜性能的变化

PVDF膜现广泛应用于水处理领域,但关于膜在实际使用过程中膜性能变化的研究较少。为此,文中采用3种不同的溶剂通过浸没沉淀相转化法制备PVDF微滤膜,并对比其使用前后膜表面结构、亲水性、透水性、截留能力及抗污染等性能的变化。试验结果表明,膜表面孔的形成受铸膜液体系热力学平衡原理控制,溶剂溶解能力越小,成膜表面孔径越大,且膜孔的大小对成膜的通量及截留率有直接影响。文中研究的3种溶剂中,DMF溶解能力最小,成膜表面孔径最大。经长期使用及多次物理、化学清洗,3种膜膜面均有磨损,虽然磨损使得膜面膜孔孔径变大,膜面透水性变强,但也导致膜面粗糙度增加、亲水性下降等,加上污染物在膜内的累积,膜污染速率加快。使用后PVDF膜对海藻酸钠截留率虽然变低,但运行过程中膜面污染物加强了截留作用,因此,膜面膜孔变大对实际运行过程中出水水质基本无影响。

MBR处理食品加工废水过程中亲水性PVDF膜性能研究

采用亲水性聚偏氟乙烯（PVDF）膜制成膜组件，通过膜生物反应器（MBR）法处理食品加工废水，研究其处理废水性能，并探讨MBR反应器中膜的过滤及抗污染性能。结果表明，所采用的PVDF膜的孔径为0．22～0．30μm，新膜的水接触角在8s左右由700降至0°，0．1MPa下膜初始纯水通量为1581L／（h·m^2）；在经过沉淀处理的污水进水的COD和浊度分别为400-800mg／L和90～110度、在HRT为10h的条件下，MBR抽滤出水的COD和浊度分别为40-50mg／L和3～7度，膜组件在MBR反应器中不进行反冲、仅采用常规曝气冲刷-间隙抽滤的条件下运行30d，膜在30kPa下的平衡过滤通量为30-40L／（h·m^2），显示出良好的抗污性。

PVDF/PVA共混膜对牛血清蛋白截留性能的影响

腹水浓缩回输术是目前治疗腹水的主要方式。通过实验选择一种膜放在腹水浓缩回输之前,将对人体有益的物质如白蛋白等透过膜,而对人体有害分子量大于蛋白质的物质如细菌和癌细胞等截留。以聚偏氟乙烯和聚乙烯醇作为膜原料,以聚乙烯吡咯酮为添加剂,采用热致相分离法制备聚偏氟乙烯平板膜、中空纤维膜,测试了膜的水通量、孔隙率,并以牛血清蛋白为研究对象,测试不同类型的膜对牛血清蛋白的截留效果。实验结果表明聚偏氟乙烯/聚乙烯醇(PVDF/PVA)平板膜的截留效能优于中空膜。

塑料清洗废水污染PVDF微滤膜的化学清洗研究

以自制的PVDF中空纤维膜过滤塑料清洗废水进行污染实验,并对废水处理过程中被污染的PVDF膜的化学清洗进行了研究。采用了3种不同的化学清洗液进行单独清洗,分别为1%的NaOH、0.3%的NaClO、0.3%的SDS,结果表明单独的NaOH和NaClO清洗效果不佳,通量恢复率分别为45.18%和54.84%,用SDS清洗效果最好,通量可恢复至100%以上。对不同清洗方式的清洗效率进行了分析,结果表明同时使用NaOH和NaClO的“复配清洗”相较于两种清洗剂单独清洗的清洗效率较高,FRR值为72.63%。先用NaOH(或NaClO),后用柠檬酸的“先碱后酸”分段清洗效果好于碱性“复配清洗”,FRR值分别为75.44%和91.13%。并对清洗后的膜表面进行扫描电镜(SEM)观察,直接观察不同清洗方式的清洗效率。建议针对有机污染及生物污染造成的膜污染,可以采取SDS进行化学清洗,或者采用“先碱后酸”分段清洗方式进行清洗。

直接微滤用于舰船反渗透海水淡化预处理的可行性研究

采用国产聚偏氟乙烯中空纤维膜,研究了直接微滤工艺用于舰船反渗透海水淡化预处理的可行性.实验结果表明,直接微滤预处理系统采用直接过滤20min→气水双洗30s→滤过水反洗30s→排污5s的运行条件处理高浊度海水时,滤过水淤泥密度指数(SDI)≤2.9,浊度<0.9NTU;滤膜抗污染性能较强,当系统跨膜压差≥37kPa时,采用次氯酸钠和盐酸化学清洗,跨膜压差可恢复到低压水平.直接微滤预处理系统结构紧凑,操作方便,出水水质稳定,符合我国舰船装备研制相关标准的要求,可用于舰船反渗透海水淡化预处理.

连续微滤装置的清洗工艺

通过对国产连续微滤(CMF)装置运行以及清洗后的跨膜压差和膜通量的研究,对该装置的化学清洗工艺进行了优化。结果表明:在过滤运行20 m in、气-水双洗30 s、大流量反冲洗25 s、排污10 s的运行条件下,CMF装置适宜的化学清洗周期为60 d;最佳化学清洗方法是用高锰酸钾、盐酸和草酸溶液冲洗并与多段水洗工艺相结合。该工艺提高了化学清洗的效率,清洗后装置的跨膜压差最多可减少0.015 0 MPa。

膜技术用于味精间接冷凝水处理回用

利用双向流中空纤维微滤膜技术处理味精生产工艺中的间接冷凝水。实验表明,用微孔孔径0.1μmPVDF微滤膜能完全去除水中各种细菌和杂质,处理水浊度0.07NTU,达到回用要求。同时模拟实际生产状况考察温度、浓缩倍数等对通量的影响,膜通量恢复率>95%。目前已用于实际生产,处理规模2000m3/d。

拉伸-热定型对聚偏氟乙烯中空纤维共混微滤膜渗透性能的影响

为了提高聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维共混微滤膜的渗透性,对PVDF中空纤维微滤膜进行拉伸-热定型改性,考察拉伸比、热定型时间、热定型温度对膜纯水通量和截留率的影响,并采用SEM分析处理前后膜结构的变化.结果表明:随着拉伸比增大和热定型温度升高,膜纯水通量明显上升,而截留率呈下降趋势;随着热定型时间增加,膜纯水通量先增大后减小,而截留率则先减小后增大;本文实验条件下,最佳处理工艺为拉伸10%后于90℃热定型30 min,处理后膜丝的纯水通量比原丝的提高144.82%,对碳素墨水的截留率仍能达到95.23%,拉伸时膜内产生的应力得到松驰,膜孔径增大,孔间连贯性和膜孔结构稳定性提高.

多元线性回归优化聚偏氟乙烯/乙酸纤维素共混微滤膜成膜因素

首先分别以纯水通量、平均泡点压力减最大泡点压力、纯水通量加最大泡点压力减平均泡点压力作为考察PVDF/CA共混微滤膜的性能指标,设计了9因素4水平的正交实验表L32(49)并进行实验,其次采用标准化系数矩阵的多元线性回归模型对实验数据进行处理。结果表明:当以纯水通量为目标函数时,共混比、固含量、添加剂含量、凝胶浴温度是影响因子;当以平均泡点压力减最大泡点压力为目标函数时,固含量是影响因子;当以纯水通量加最大泡点压力减平均泡点压力为目标函数时,固含量是影响因子。结合环境扫描电镜照片对实验结果的综合分析后确定,当共混比、固含量、添加剂含量和凝胶浴温度分别为4∶1、12%、2%～3%和30～35℃时,即可制得性能较好的PVDF/CA微滤膜。

超滤/微滤膜的结构控制与性能

膜材料是膜技术的核心,膜材料制备过程中的结构控制对膜性能起着决定性的作用。首先简要介绍了近年来国内外UF/MF膜技术与产业的现状,在此基础上综述了研究组近年来在TIPS法制备聚乙烯(PE)中空纤维微孔膜、双向拉伸法制备聚四氟乙烯(PTFE)微孔膜、熔融-纺丝法制备聚偏氟乙烯(PVDF)微孔膜、溶液相转化法制备PVDF超滤膜的膜结构控制和表面改性方面取得的研究进展。