一步法制备Janus中空纤维膜及其膜蒸馏性能研究

利用亲水改性材料与聚偏氟乙烯共混配制铸膜液,通过正丙醇水两次凝胶调控相转化过程,促进亲水性聚合物向中空纤维内表面偏析,从而改变了膜两侧亲疏水性结构,制备出具有非对称浸润性的Janus中空纤维膜,考察亲水性聚合物添加量等因素对膜性能的影响.所制备的Janus中空纤维膜外侧水接触角超过135°,内侧水接触角约为55°.在原料液温度60℃、渗透液温度10℃情况下,直接接触式膜蒸馏(DCMD)过程渗透通量约为35kg/(m^(2)·h).200 min连续实验中盐截留率始终保持在98%以上.

Janus-PAN纳米纤维膜的制备及其油水分离性能研究

采用连续静电纺丝法制备“层层递进式”Janus-PAN(聚丙烯腈)纳米纤维膜。Janus-PAN纳米纤维膜以亲水性PAN纳米纤维膜为底层、聚丙烯腈/聚氨酯(PAN/PU)共混纳米纤维膜为中间层,喷涂疏水改性的SiO 2粒子作为顶层。通过场发射扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、接触角测量仪、电子单纤维强力仪对Janus-PAN纳米纤维膜的表面形貌、化学组成、表面润湿性能、力学性能进行分析和测试并研究了其油水分离性能和循环使用性能。结果表明Janus-PAN纳米纤维膜具有不对称的润湿性,能够有效切换分离水包油和油包水乳液,经过8次循环分离后仍具有较高的分离效率。其中,水包石油醚和水包机油乳液的分离效率超过99.2%和99.0%,花生油包水和石蜡油包水乳液的分离效率可达97.3%和98.6%以上。

静电纺Janus纳米纤维膜的研究进展

鉴于Janus分离膜特殊的结构与性能,其在众多领域均展现出巨大潜力。通过静电纺丝法制备的Janus纳米纤维膜具有高比表面积、细长纤维结构和可控性等优势,受到广泛关注。为更好了解静电纺Janus纳米纤维膜的发展近况,对近年来静电纺Janus纳米纤维膜的研究进展进行了综述。重点介绍了静电纺Janus纳米纤维膜的制备方法,及其在水处理、空气过滤、生物医用等领域中的应用,讨论了静电纺Janus纳米纤维膜的制备及应用过程中的优势和缺点,并对未来发展进行展望。综述结果可为静电纺Janus纳米纤维膜的发展提供一定参考。

Janus SiO_(2)纤维膜的制备及其油水分离性能研究

研究Janus SiO_(2)纤维膜的制备及其油水分离的性能。采用顺序静电纺丝策略,以正硅酸乙酯和甲基三甲氧基硅烷为原料,制备了具有不对称润湿性的Janus SiO_(2)纤维膜。结果表明:Janus SiO_(2)纤维膜的亲水层和疏水层之间结合紧密,没有分层的现象,亲水层的水接触角约为0°,疏水层的水接触角约为118°。Janus SiO_(2)纤维膜在不同类型油水混合物分离中均表现优异,油通量高于1425L/(m·h),水通量高于1326L/(m·h),并且除油和除水的分离效率均高于97.8%。此外,经过10次油水分离循环后,制备的Janus SiO_(2)纤维膜依然保持较高的分离通量,油通量损失为4.07%,水通量损失仅为3.53%,表现出良好的循环稳定。总体而言,Janus SiO_(2)纤维膜以其简单的制造方法、高通量和优异的稳定性,在含油废水的处理方面有着广泛应用的前景。

增强型中空纤维膜及MBR数值模拟的研究

中空纤维膜作为膜生物反应器(MBR),由于其高效性及灵活性被广泛应用于污水处理领域。文中介绍了纤维管增强型中空纤维膜,包括针织管增强膜、编织管增强膜及无纺管增强膜,综述了计算流体力学在MBR优化设计及膜污染清洗等方面的研究,并对增强型中空纤维膜及MBR数值模拟的应用前景进行展望。在未来的研究中,将计算流体力学与理论试验相结合可以提升研究效率,更好地解决水处理问题。

多款含氟材料制备高性能中空纤维超滤膜

含氟高聚物材料因其良好的物理化学特性成为制备超滤膜的常用材料之一,实验过程采用4款聚偏氟乙烯材料通过非溶剂相转化法制备了高性能中空纤维超滤膜。通过对比分析发现不同聚偏氟乙烯材料获得的膜性能差异较大,进口品牌1和国产品牌2制备的膜性能更优。另外也发现铸膜液中聚偏氟乙烯含量的增加有利于提高断裂强度,但纯水通量有所下降。凝胶浴中非溶剂含量越高,膜丝断裂强度和纯水通量越高;而过高的凝胶浴温度则会降低通量水平。

界面聚合法制备低压中空纤维纳滤复合膜

现有中空纤维纳滤膜在实际应用中能耗较高.采用干湿法纺丝技术制备聚砜(PSf)中空纤维超滤膜作为基膜,分别选用哌嗪(PIP)和均苯三甲酰氯(TMC)为水相单体和有机相单体,通过界面聚合工艺的优化,成功制备了低压中空纤维纳滤膜.用扫描电子显微镜和原子力显微镜对膜表面形貌进行表征,用傅里叶变换红外光谱仪和X射线光电子能谱仪分析膜表面的化学结构和元素组成,测试了复合膜的表面水接触角、Zeta电位、截留分子量和孔径分布,研究了单体浓度、界面聚合反应时间以及测试压力对复合膜性能的影响并确定了最佳的工艺条件.结果表明,优化的低压中空纤维纳滤膜具有低交联度的聚酰胺功能层,在0.2 MPa的测试压力下,纯水通量达到(16.0±0.4)L/(m^(2)·h),对质量浓度为1 g/L的盐溶液的截留率为Na_(2)SO_(4)(94.2%±0.9%)>MgSO_(4)(92.2%±0.9%)>MgCl_(2)(51.0%±0.5%)>NaCl(9.5%±0.3%),表现出优异的Na_(2)SO_(4)/NaCl选择性.

中空纤维膜臭氧接触式反应器传质机理分析

将疏水性聚四氟乙烯(PTFE)中空纤维膜组装成膜接触器,开发了膜接触式臭氧(O_(3))传质技术。对比了气泡传质和膜接触传质的差异,通过O_(3)传质模型和阻力模型对该技术的主要影响因素和传质机理进行了研究。结果表明,O_(3)可以有效地通过疏水性PTFE膜进行传质,当搅拌速度达到1500r/min时,膜传质的表观传质系数(0.3049min-1)与气泡传质(0.3109min-1)相当。同时,膜表面的疏水结构将尾气的湿度降低到0.8g/m^(3)以下,远低于气泡传质(>11.5g/m^(3)),符合进入臭氧发生器的标准,具备回收氧气的可行性。O_(3)的传质通量受液体流速、p H、污染物浓度、气体流量以及进气O_(3)浓度的影响。在pH=11、苯酚浓度为0或pH=7、苯酚浓度为20mg/L时,传质通量达到了0.16g/(m^(2)·h)。O_(3)传质过程的传质阻力主要由膜阻力和液相阻力组成,而通过液相条件控制可以有效减小液相阻力,因此进一步降低传质阻力需要膜技术的发展。

纺膜参数对PVC中空纤维膜结构与性能的影响

以聚氯乙烯(PVC)和醋酸纤维素(CA)为膜材料,采用非溶剂致相分离(NIPS)法,通过改变纺膜参数制备了PVC中空纤维膜.结果表明:所制得的中空纤维膜具有致密皮层,断面为海绵孔与指状孔共存结构,纯水通量可达314 L/(m^(2)·h),BSA截留率可达95.0%,断裂强度22 MPa.此外,细中空纤维膜可在0.6 MPa压力以下稳定运行,并可对自来水中的有机物深度脱除49.30%.

后拉伸条件对羟基化聚丙烯中空纤维膜性能影响的研究

合成研究了不同羟基插入率的羟基化聚丙烯(PPOH),使用熔融纺丝-拉伸法(MS-S)制备了PPOH中空纤维膜并探究了热拉伸温度、热拉伸比例对其孔径分布、孔隙率、水通量和力学性能的影响。相比聚丙烯(PP)中空纤维膜,相同条件下制备的PPOH中空纤维膜的水通量更高,孔径更大,拉伸强度和孔隙率则较低。当热拉伸温度为110℃、热拉伸比例为150%时,PPOH中空纤维膜的孔径为0.139μm,孔隙率为22.1%,水通量为1 822 L/(m2·h),拉伸强度为123 MPa。

干喷湿纺制备中空纤维膜的喷丝头结构优化模拟

在干喷湿纺法制备中空纤维膜的过程中,喷丝头作为关键的纺丝组件之一,其尺寸及内部几何形状对于聚合物分子链的取向和最终的膜形态有着重要影响,通过优化喷丝头结构有助于提高膜丝可纺性和产品质量。采用数值模拟的方法,建立三维喷丝头溶液流道模型,探讨了环隙直管长度、环隙间距、锥形流动角等流道结构参数对溶液在喷丝头内的剪切流动、出口挤出胀大以及气隙中拉伸流动的影响。模拟结果表明:纺丝液流经喷丝成型孔入口处的压力及压力降随着直管长度增加而增大,随环隙间距、锥形流动角的增大而减小,且环管流道越长,越有助于溶液流动充分发展;相比于直管长度,环隙间距和锥形流动角对溶液的挤出胀大行为影响更显著,随着环隙间距和锥形流动角的增大,挤出胀大现象减弱。直管长度和锥形流动角对气隙中的初生纤维外径分布影响不明显。增大直管长度和环隙间距、采用锥形环管,有利于增加膜丝取向度和强度、提高纺程中的流动稳定性。模拟优化得到的喷丝头结构为直管长度1.1 mm,环隙间距0.11 mm(即长隙比为10左右),锥形流动角大于30°。

基于多巴胺亲水改性的聚丙烯中空纤维膜及油水分离性能研究

基于多巴胺(DA)氧化自聚合机理,通过3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH560)上的环氧基与聚乙烯亚胺(PEI)上的伯胺发生开环反应,使两者交联并涂覆于聚丙烯中空纤维膜(PPHFM)表面,然后DA在弱碱性环境下被氧化成醌基与PEI的氨基发生迈克尔加成或席夫碱反应,使DA进一步与PEI交联,进而涂覆在膜表面.通过ATR-FTIR、XPS、SEM和AFM对膜表面化学组成和表面形貌进行表征,还对改性膜进行亲水性和油水分离性能测试.结果表明,改性膜的纯水通量从原膜的(124.8±6.3)kg/(m^(2)·h)提高到(363±8.1)kg/(m^(2)·h).对不同种类的水包油乳液的分离效率均达96%以上,通量恢复率均高于86%,说明改性膜PPHFM-KH560/PEI-PDA具有较好的渗透性、抗油污染性能和重复使用性能.此外,改性膜在酸性、弱碱性和高浓度盐溶液环境下均表现出良好的化学稳定性,有利于高效地处理复杂成分的含油废水,具有广阔的应用前景.

热法增强型PVDF/GO中空纤维膜结构构筑与机理

目前,膜生物反应器(MBR)用中空纤维膜量大,制备过程中使用溶剂易造成二次污染,本文采用绿色稀释剂热致相分离(TIPS)法与纤维增强联用技术制备了大通量、高强度氧化石墨烯(GO)掺杂编织管增强型聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜。GO表面具有含丰富氧官能团可明显改善PVDF中空纤维膜渗透通量与亲水性(抗污染性)。结果表明:纤维增强技术可使中空纤维膜断裂强度223.75MPa,随GO含量增加,增强型PVDF中空纤维膜水接触角值从102.04°降低至89.71°,纯水通量从920.74L/(m_(2)·h)增至1417.45L/(m_(2)·h)。经实验用MBR小试装备测试膜活性污泥过滤表明,其截留率大于99.50%,稳定运行后截留率仍大于98%。因此,本文全流程绿色制备的增强型PVDF中空纤维膜对替代目前市场二次污染中空纤维膜可提供科学依据与技术支撑。

PEI中空纤维膜的制备及其结构形态调控

以聚醚酰亚胺(PEI)为膜材料,N-二甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂,采用干喷湿法纺丝制备PEI中空纤维膜,利用扫描电子显微镜对PEI中空纤维膜的形态进行表征,研究了芯液中NMP含量、芯液/纺丝液挤出速度比、空气层高度、凝固浴中NMP含量、卷绕速度和凝固浴温度对PEI中空纤维膜结构的影响。结果表明:凝固浴中NMP含量和卷绕速度对PEI中空纤维膜的孔结构影响最为明显,当芯液中NMP体积分数为90%、芯液/纺丝液挤出速度比为1.4~2.1、空气层高度为5 cm、凝固浴中NMP体积分数为30%、卷绕速度为5.87 m/min时,可形成外径小于500μm的完全海绵状孔结构中空纤维膜;凝固浴温度从5℃提升至50℃不会影响中空纤维膜的海绵状孔结构,但其孔隙率从65.23%提升至71.99%,气体分离性能下降。

熔纺-选择性溶胀制备嵌段共聚物多通道中空纤维膜

嵌段共聚物的熔纺-选择性溶胀是一种制备中空纤维膜的清洁生产工艺。本文提出构建多通道构型来提升嵌段共聚物中空纤维膜的性能,通过熔纺-拉伸-选择性溶胀,制备了具有3通道和7通道的聚砜/聚乙二醇嵌段共聚物中空纤维膜,研究了通道数、溶胀条件和拉伸行为对中空纤维膜微观结构、渗透性、截留率和耐压性的影响。由于壁厚的相互支撑作用,多通道中空纤维膜的渗透性和耐压性能都比单通道中空纤维膜有所提高,且可通过拉伸和溶胀条件实现膜性能在较大范围内的高效调控。在适当的通道数和拉伸比下,拉伸后的三通道中空纤维膜的通量比单通道中空纤维膜高20倍。此工作对使用清洁方法制备高性能的中空纤维膜具有重要意义。

热退火对中空纤维气体分离膜结构及性能的影响

在气体膜分离领域,中空纤维膜(Hollow Fiber Membranes,HFMs)因其较高的比表面积和装填率等被广泛应用.本文选用干-湿法纺丝工艺制备的BTDA-TDI/MDI(P84)共聚聚酰亚胺中空纤维膜为基膜,在P84 T_(g)(332.6℃)温度以下(250℃,300℃)对P84 HFMs进行热退火处理,研究其对中空纤维膜结构和气体分离性能的影响.与原始P84 HFMs相比,当热处理温度为250℃时,热退火后的P84 HFMs的气体分离性能变化不明显,但是拉伸强度和断裂伸长率明显下降.当热处理温度接近T_(g)时(300℃),热退火后P84 HFMs的拉伸强度和断裂伸长率保持不变,并且气体分离选择性明显提高,膜丝表面的缺陷减少.为了进一步了解在T_(g)以下的热退火过程对中空纤维膜结构及性能的影响,采用XRD、FTIR和HIM等表征方法进行探索.

无溶剂法制备PVDF/GE中空纤维膜与性能分析

为了解决在纺丝制膜过程中有机污水排放问题,采用无溶剂法制备聚偏氟乙烯(PVDF)/石墨烯(GE)中空纤维膜。将PVDF、GE和功能粒子熔融共混制备初生中空纤维膜,利用后拉伸和GE协同作用重新设计PVDF晶体结构,探究不同拉伸比对中空纤维膜晶型转变和力学性能以及渗透性能的影响,观察不同拉伸比中空纤维膜的表面形貌,并利用一系列仪器测试了膜的孔径分布、力学性能和渗透性能。结果表明:制备的PVDF/GE中空纤维膜内部存在α晶型向β晶型转变,拉伸后GE在中空纤维膜内部形成石墨烯通道,拉伸比越大,内部晶型转化越多,中空纤维膜的力学性能和渗透性能越好;当拉伸比达到100%时,中空纤维膜的断裂强度可达37.8MPa,内部β晶型含量为68.64%,煤油通量可达965.64L/(m^(2)·h)。

PVC/PVDF CTFE共混中空纤维膜用于血液氧合的研究

氧合膜是体外膜氧合的核心材料,在平衡气体交换效率、耐血浆渗漏以及血液相容性方面仍存在许多问题.聚氯乙烯是一种常用的医用材料,本文提出将聚氯乙烯、聚偏氟乙烯三氟氯乙烯材料用于制备氧合膜.采用非溶剂致相分离法制备疏水性中空纤维膜,然后通过戊二醛交联将羧甲基纤维素固定在中空纤维膜内表面,构建小孔径的氧合膜涂层.涂层一方面起到预过滤的作用,延长血浆渗漏时间;另一方面改善膜表面血液相容性.结果表明,构建涂层后,氧合膜孔径由375 nm减小至206 nm时,气体渗透通量为(661±58)mL/(cm^(2)·min·MPa),渗透通量仍高于聚4甲基1戊烯膜,与商业聚丙烯(PP)膜相似.羧甲基纤维素涂层改善了膜表面血液相容性,BSA吸附率仅为0.9%,相比于商业PP膜,红细胞黏附量降低46.7%,血小板黏附量降低21.4%,溶血率仅为0.25%,是安全的生物膜材料.羧甲基纤维素涂层膜的渗漏时间延长至22 h,为商业PP膜的3.6倍.本研究制备的PVC/PVDF CTFE氧合膜为新膜材料的开发和设计提供了一定的指导.

机械蒸汽再压缩耦合中空纤维真空膜蒸馏系统试验

为了解决工业废水处理过程中分离效率低、运行能耗高的问题,设计搭建了一套新型的机械蒸汽再压缩(MVR)耦合中空纤维真空膜蒸馏系统,考察了耦合系统的运行特性,并开展了不同进料条件及长时间运行下系统对氯化铵溶液蒸发的试验研究。结果表明,当进料液氯化铵质量分数、进料液温度、进料液流量和真空侧压力分别为5%、75℃、10 m^(3)/h和24 kPa时,产水速率和产水电导率基本稳定在45.9 kg/h和11.9μS/cm,分离效率为99.9%,单位加热能耗(SHEC)为118.5 kW·h/t。随着进料液氯化铵质量分数的增加,产水速率减小,SHEC增加;而随着进料液温度和进料液流量增加,产水速率增加,SHEC减小。经过240 h运行试验,膜污染并未明显影响产水水质,但降低了产水速率,经膜清洗后,产水速率可恢复至原来的96.1%,该系统能够高效分离氯化铵溶液,回收能源,应用前景非常广阔。

熔融法制备聚酰胺中空纤维膜的渗透汽化研究

为改善聚二甲基硅氧烷(PDMS)渗透汽化膜的力学性能,选用聚酰胺6(PA6)为基膜材料,乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)为致孔剂,通过熔融纺丝法制备PA6/EVOH中空纤维,并萃取除去EVOH得到PA6中空纤维膜。研究了EVOH含量对膜性能的影响,并在膜表面接枝聚二甲基硅氧烷(PDMS)测试PDMS接枝膜的渗透汽化性能。结果表明,PA6中空纤维膜的水通量随着EVOH含量的增加而增加,在0.05MPa压力下,水通量最大能可达到966.8L/(m^(2)·h),对碳素墨水(300nm)的截留率最大可达到80.2%,拉伸强度最大能达到12.4MPa。接枝PDMS的PA6中空纤维膜对乙醇溶液渗透通量为789.4g/(m^(2)·h),分离因子为8.15,为后续膜表面改性提供了思路。