部分碳化PTFE/PVDF中空纤维膜的制备及油水分离性能研究

聚四氟乙烯(PTFE)是一种强疏水的氟碳材料,很难用相转化成膜。本文将PTFE粉体分散在聚偏氟乙烯(PVDF)溶液中得到PTFE悬浮液,首先用干湿相转化法制得PTFE/PVDF中空纤维膜胚;然后在氮气气氛下进行部分碳化,制得部分碳化PTFE/PVDF中空纤维膜.用热重分析法、X射线光电子能谱(XPS)和扫描电镜研究了PTFE/PVDF中空纤维膜胚的碳化工艺、膜碳化前后表面元素和微观结构变化情况;最后测试了膜的亲疏水变化和油水分离性能.结果表明:PTFE/PVDF中空纤维膜胚中的PVDF在360~450℃时发生C-H断裂,PTFE保持原结构,可以得到部分碳化PTFE/PVDF中空纤维膜.经部分碳化工艺制得的中空纤维膜孔径减小,形成连续、完整的微孔结构.当PTFE含量为40%时,碳化后制得的膜接触角达到102°,疏水性提高;对10%的模拟含油废水的渗透通量达到30 L/(m^(2)·h)(跨膜压差:0.1 MPa)、分离效率达到80%,呈现出较好的油水分离性能和商业应用价值.

NIPS法疏水PVDF膜的结构与性能调控研究进展

非溶剂致相分离法(NIPS)是制备多孔有机膜一种高效工艺手段,其过程中涉及的热力学与动力学因素对于疏水多孔膜的成膜结构与性质起着至关重要的决定性作用.为此,本文以常用疏水膜制备原材料聚偏氟乙烯(PVDF)为研究对象,系统阐述采用传统浸没沉淀相转化法和新兴喷雾辅助相转化法两种NIPS制膜工艺路线对PVDF疏水膜微纳结构的影响及其内在成膜机理,旨在通过明晰制膜过程中影响因素对成膜疏水性、孔结构参数的作用规律,为疏水膜的可控制备提供理论指导与技术支持.

高负载氧化铝复合膜的制备及其油水分离性能

为提升聚砜膜的亲水性与抗油污染性能,采用共混亲水性无机纳米粒子——氧化铝的方式对其进行改性。通过非溶剂诱导致相转化法制得Al2O3/PSF复合膜,系统研究氧化铝与聚砜的质量比对铸膜液黏度、膜结构、孔隙率、力学性能、膜渗透性能和油水分离性能的影响。结果表明:当氧化铝与聚砜的质量比为7:1时,膜的孔隙率为78.04%,水接触角为37°,纯水通量达到最高的1500 L/(m^(2)·h·bar)(1 bar=100 kPa),油水乳液的渗透通量为320 L/(m^(2)·h·bar),并且除油率高于99%。与改性前相比,该膜展现了优异的油水分离性能。

PVDF超疏水膜的研制及空气过滤初探

提高膜表面的疏水性是解决空气过滤过程中出现膜润湿现象的必要手段,而提高膜孔隙率是解决空气过滤过程中压降过大的直接方法.本文以聚偏氟乙烯(PVDF)为膜材料,N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂,氯化锂为添加剂,采用非溶剂致相分离方法制备PVDF超疏水膜,考察了添加剂氯化锂对膜接触角以及空气过滤过程压降的影响.结果表明,当铸膜液中氯化锂质量分数为3%时,PVDF超疏水膜的表面接触角为161°,膜截面形成颗粒堆积的疏松结构,孔隙率达到83.1%,气体通量为52 mL/(m^(2)·s·Pa),压降为401 Pa,空气的过滤效率达到90%以上.

PEO改性PVDF/SMA膜结构和性能

将聚氧化乙烯(PEO)添加到聚偏氟乙烯/苯乙烯马来酸酐树脂(PVDF/SMA)膜体系中,通过非溶剂致相分离法(NIPS)制备了添加不同PEO含量的PVDF/SMA共混膜。其中PEO质量分数为2%的共混超滤膜性能最好,水通量为531.1L/(m^(2)·h),牛血清蛋白(BSA)截留率为65.8%,水接触角为63.6°,膜剥离强度为0.2756kN/m。接着以PVDF/SMA膜为主要研究对象测试了凝固浴温度对共混超滤膜的纯水通量以及BSA截留率的影响,该实验的结果表明凝固浴温度的改变对膜性能没有产生明显的影响。因此,选择在常温凝固浴温度下测试不同凝固浴成分对共混膜性能的影响。探究了膜在凝固浴成分分别为N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)(质量分数为3%、6%、9%)、氯化钠(NaCl)(0.05mol/L、0.1mol/L、0.2mol/L)和乙醇(质量分数为3%、6%、9%)时的膜性能变化,以及对各个组分得到的膜样本进行扫描电子显微镜(SEM)表征。结果表明,随着DMAc含量增加,膜表面的孔在减少,且膜皮层的厚度增加,使得膜的水通量减少而BSA截留率提高。而随着NaCl浓度的升高,共混膜表面的孔结构发生改变,孔数量增多,内部指状孔数量变多变窄,膜通量逐渐增大,BSA截留率降低。同样,随着凝固浴中乙醇含量的增加,膜表面孔数量增加,指状孔变窄孔壁增厚,共混膜的水通量有所提升,BSA截留率降低。总之,存在一个平衡点,采用合适的凝固浴成分和适量的浓度,可以显著提升共混膜部分性能。此外,膜的长期运行稳定性实验结果表明得到的共混膜具有较好的抗污染性和长期运行稳定性,在实际污水处理中具有良好的应用前景。

GR@Ni复合电极的制备及电化学性能研究

采用非溶剂致相分离法(NIPS)、高温烧结和化学气相沉积法(CVD)相结合的方法制备了石墨烯/多孔镍复合电极(3DPNGNs),明确了烧结温度和C_(2)H_(2)气流量对电极性能的影响。镍膜生坯经850℃烧结后,C_(2)H_(2)气流量为2 mL/min时,催化生长出石墨烯能均匀包覆在多孔镍膜上。结果表明,3DPNGNs作为钠离子电池负极材料展现了良好的电化学性能,在100 mA/g的电流密度下,循环100次后可逆比容量可达260 mA/g,循环500次后,其比容量保持率仍可达84%。当电流密度增大到1 A/g时,循环500次,比容量可达150 mA/g。

非溶剂致相转化法PTFE/TPU复合膜制备与性能表征

以热塑性聚氨酯(TPU)为原料,N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂,乙酸和氯化锂(LiCl)为添加剂,聚四氟乙烯(PTFE)平板膜为基材,采用非溶剂致相转化法制备PTFE/TPU复合膜。考察了膜层厚度、凝胶浴组成、添加剂类别及其比例等条件对铸膜液黏度的影响,评测了膜表面和断面形貌结构、孔径分布、表层与基材剥离强度等膜特征指标。结果表明,与基膜c相比,复合膜的氮通量降低,膜层厚度为20μm时氮气通量越大;凝胶浴为24%DMAc时复合膜透气性最好,12%、48%DMAc时透气性差;乙酸做添加剂时复合膜表面光滑致密,而LiCl表面呈多孔结分布,但是当乙酸、LiCl添加剂比例相同时,加入乙酸的复合膜的透气性远比加入LiCl好;乙酸含量为0.7%时,PTFE/TPU复合膜的表面光滑致密,且透气性良好,平均孔径约为100 nm,0.7%乙酸的加入对铸膜液黏度及PTFE/TPU复合膜的剥离强度的影响较小。

呋喃二甲酸基聚酰胺分离膜的研究进展

聚酰胺反渗透膜具有盐截留率高、通量大和操作压力低等优点,能有效分离水中的盐及小分子有机物,是目前水深度处理的关键材料。然而,聚酰胺分离膜在化学稳定性、抗氧化性和抗菌性等方面仍然存在问题,需要通过改变共聚单体、制膜工艺、膜后处理方式等来满足不同分离要求。针对该问题,本文综述了国内外近呋喃二甲酸(FDCA)聚酰胺分离膜研究进展,调研了FDCA聚酰胺材料合成方法,综述了非溶剂致相分离法制备FDCA聚酰胺膜进展。阐释了FDCA聚酰胺分离膜脱盐和有机小分子截留途径,分析了膜结构与膜性能之间的关联。

浸渍相转化法制备陶瓷中空纤维膜的研究进展

浸渍相转化法可以制备非对称结构的陶瓷中空纤维膜.本文讨论了陶瓷中空纤维膜的发展情况,并着重探讨了各因素对膜孔结构的影响.大量陶瓷粉体存在情况下的相转化机理,孔结构与力学强度的平衡问题,是目前需要重点关注的两个问题.有效调节孔结构,保证其力学性能可以实现陶瓷中空纤维膜在分离和纯化、固体氧化物燃料电池、膜催化器和膜反应器等方面的广泛应用.

非溶剂致相分离法制备PVDF膜影响因素探究

非溶剂致相分离法作为制备聚偏氟乙烯(PVDF)膜一种常用的方法已得到广泛推广,但因影响其成膜因素诸多,至今没有一种较好的协同效果.作者介绍了不同溶剂、聚合物的浓度、添加剂的种类和浓度、凝胶浴的组成和温度、蒸发时间及后处理等制膜条件对膜的影响,以期为优化制膜工艺提供参考.

利用非溶剂诱导相分离法制备低介电常数聚酰亚胺微孔薄膜

利用非溶剂诱导相分离法,制备了一种低介电常数聚酰亚胺(PI)微孔薄膜。扫描电镜观察表明,聚酰亚胺微孔薄膜中泡孔均匀,其平均孔径在6~28μm之间。随着聚酰胺酸(PAA)浓度的增大及凝固浴温度的升高,所制得的聚酰亚胺微孔薄膜的孔隙率和平均孔径均增大。介电性能分析表明,聚酰亚胺微孔薄膜的介电常数明显下降,当孔隙率为80%时,聚酰亚胺微孔膜的介电常数(1 MHz)为1.81。拉伸性能测试表明,随着孔隙率增加,聚酰亚胺微孔膜的拉伸强度和拉伸模量均逐渐下降,但断裂伸长率增大。

NIPS法PVDF成膜过程扩散限制-反应凝聚动力学模型的研究

在扩散-反应限制凝聚模型(DRLA)的基础上,假设高分子溶液在成膜过程中聚合物凝聚过程可视为簇凝聚-解离可逆反应,结合扩散-反应方程提出了非溶剂致相分离(NIPS)法成膜过程的扩散限制-反应凝聚(DLRA)模型.将模型推导出的铸膜液层中聚集体浓度方程与朗伯-比尔定律相结合,对NIPS法不同体系PVDF铸模液成膜过程中膜液层吸光度倒数(1/A)随时间变化的曲线进行了拟合,拟合曲线相关系数R2大于0.97,说明DLRA模型能较准确地反映NIPS法成膜的动力学过程.

聚偏氟乙烯中空纤维膜纺丝凝固浴中有机物含量测定方法的研究

通过紫外光谱扫描分析PVDF中空纤维膜纺丝凝固浴的主要成分，用折光指数法测定了聚偏氟乙稀（PVDF）中空纤维膜纺丝过程中凝固液主要成分N，N-二甲基乙酰胺（DMAc）随时间的变化及其与COD的关系。结果表明，紫外光度法、折光指数法、COD法都可以用于DMAc的测定，其中折光指数法对0～70％体积分数的DMAc溶液有很好的线性相关性；在纺丝过程中，凝固浴的COD与其折射率具有很好的相关性。随着凝固浴中DMAc含量升高，膜孔径和断裂强度变化不大，膜通量降低。可利用折光指数法分析监控纺丝过程中凝固浴组成。

高分子浓度对NIPS结合气体生成制备的中空纤维膜结构和性能的影响

为制备小直径中空纤维膜,将含有气体生成剂硼氢化钠的聚砜溶液通过单孔不锈钢喷丝头,直接制备中空纤维膜,研究高分子浓度对中空纤维膜结构和性能的影响.结果表明:硼氢化钠水解制氢和非溶剂致相分离(NIPS)过程之间的协同作用,有利于制备出中空结构良好和高度多孔的中空纤维膜;聚砜质量分数由15%增加到25%时,中空纤维膜致密皮层附近的指状结构和中空孔结构逐渐消失,中空纤维膜平均孔径从11.2nm增加到21.6 nm,表面有效孔隙率从6 435.1 m^(-1)减少到54.8 m^(-1),总孔隙率从84.5%减少到78.3%,中空纤维膜对刚果红的截留率从93.0%增加到97.4%.

聚砜分离膜的亲水改性研究进展

膜分离技术是一种高效的分离技术,是多学科交叉的产物。聚砜(PSf)是一种性能优异的膜材料,广泛应用于生活和生产的各个领域。文中介绍了2种主要的制备PSf膜的方法——非溶剂致相分离(NIPS)法和复合热致相分离(cTIPS)法,比较了2种方法的利弊。并介绍了几种常见的聚砜膜亲水改性方法,包括共混改性、无机材料填充改性、表面涂覆改性、表面接枝改性以及PSf的本体改性,且对这几种方法进行了总结。

多孔钛/TiO_2纳米管复合薄膜制备及其电化学性能

目的制备高比容量多孔钛/TiO_2纳米管三维自支撑一体化复合电极材料。方法采用非溶剂致相分离法与高温烧结相结合的方法制备出孔径小、空间利用率高的三维多孔钛平板膜,然后经阳极氧化法在其表面生长TiO_2纳米管,从而制备出多孔钛/TiO_2纳米管复合薄膜电极。结果以3μm粒径钛粉为原料,N-甲基-2-吡咯烷酮、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈为添加剂制备钛膜生坯,经刮膜成型后,在氩气保护下经1000℃烧结,得到孔径约为2～6μm的多孔钛平板膜。采用阳极氧化法在多孔钛平板膜上直接生长TiO_2纳米管,制得多孔钛/TiO_2纳米管复合薄膜电极。该复合薄膜电极在超级电容器中具有良好的电化学性能,其在2m A/cm2电流密度下,比电容为385.34m F/cm2,即使电流密度增加到10m A/cm2,比电容仍能保持在125.14m F/cm2。结论相较于TiO_2纳米颗粒,采用此方法制备的多孔钛/TiO_2纳米管复合薄膜电极具有良好的电化学性能,可为下一代储能器件提供新的思路。

陶瓷膜超疏水改性及其膜蒸馏性能研究

以聚苯乙烯(PS)和四氢呋喃(THF)的混合溶液为铸膜液,无水乙醇(Et OH)为非溶剂,通过非溶剂致相分离(NIPS)法在亲水性陶瓷膜表面构造超疏水性PS微孔膜,得到超疏水性陶瓷膜。考察PS与Et OH比例、浸渍时间对陶瓷膜疏水性和膜结构的影响,并通过浸没式真空膜蒸馏(SVMD)研究超疏水性陶瓷膜的脱盐性能。结果表明,超疏水改性后,PS沉积在陶瓷膜表面,减小了膜的平均孔径;当PS与Et OH的质量比为1:4,浸渍时间为3 min时,改性膜的水接触角达到152°,滚动接触角达到8°,达到超疏水效果,且在SVMD中的渗透通量最高,保持在1.57 kg/(m^2·h)左右,脱盐率高于99.5%。

聚(偏二氯乙烯-氯乙烯)多孔膜制备及性能

以聚(偏二氯乙烯-氯乙烯)[P(VDC-co-VC)]为成膜聚合物,N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂,采用非溶剂致相分离(NIPS)法制备了具有非对称膜结构的P(VDC-co-VC)平板膜,通过扫描电镜、纯水通量、截留率、接触角、力学性能等测试,研究了聚合物浓度及凝固浴温度对P(VDC-co-VC)平板膜结构与性能的影响。结果表明,所得P(VDC-co-VC)平板膜由表面皮层及大孔支撑层组成,上表面较下表面致密。提高聚合物浓度或升高凝固浴温度均能提高P(VDC-coVC)平板膜表面的致密程度,进而改善对牛血清蛋白的截留率及膜通量恢复率。低凝固浴温度下所得膜通透性能较好。力学性能随聚合物浓度提高而增加,随凝固浴温度升高而降低。

基于毛细润湿机理的PVDF中空纤维换热毛细管制备及其性能研究

针对高分子材料的换热器普遍存在传热系数低的问题,提出了基于毛细润湿机理的PVDF中空纤维换热毛细管。首先采用非溶剂致相分离法制备具有多孔结构的PVDF中空纤维换热毛细管,利用换热毛细管壁中的非贯通孔在换热过程中,空气隙被水填充后,微孔中的水分受传热过程中管壁两侧温差而产生微循环,可增强传热从而提高传热系数,还对换热毛细管的力学性能、孔隙率、表面结构、断面结构等方面进行表征,揭示换热管表面微孔对传热的促进机理。亲水化改性后的总传热系数比改性前可提升104%。

自支撑三维多孔Cu@SnO2膜电极的制备及储锂性能

针对传统电极制备中纳米活性材料负载量低的问题,采用非溶剂致相分离法和还原/烧结工艺继承高分子膜的三维多孔结构获得高负载自支撑三维多孔Cu@SnO 2(3DCu@SnO 2)膜电极。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和电化学工作站对自支撑膜电极的形貌、结构和电化学性能进行表征,明确了材料比例和烧结温度对自支撑膜电极结构和性能的影响。结果表明:铜粉含量60%(质量分数,下同)且经600℃烧结的膜电极拥有三维双连通多孔结构,SnO 2负载量高达30%。在100 mA·g-1的电流密度下,可逆比容量可达715 mAh·g-1,循环50次后,仍可保持在433.9 mAh·g-1,电流密度增大到600 mA·g-1,其比容量保持率可达72%。与传统涂布电极相比3DCu@SnO 2膜电极的电阻降低了70%。