中空纤维超滤膜干燥过程中膜孔演变规律研究

使用恒温恒湿箱对聚砜(PSf)中空纤维超滤膜进行干燥处理,研究干燥温度、相对湿度和干燥时间对膜孔径大小、孔径分布及截留分子质量(MWCO)的影响.结果表明:随着干燥温度升高、相对湿度减小、干燥时间延长,膜孔径变小,孔径分布先变窄后变宽,截留分子质量变小,膜的渗透性能呈明显降低趋势,膜整体结构和力学性能均没有明显变化;提出了膜干燥过程中的膜孔演变规律,膜内较大孔和小孔的收缩同步进行,小孔容易收缩甚至消失,膜孔数目明显减少,较大孔有限收缩.通过干燥条件的控制能够实现对膜孔一定程度的预收缩.

辐照接枝改性对PVDF中空纤维膜性能的影响

采用高能电子束辐照接枝改性方法对PVDF中空纤维膜进行丙烯酸亲水化接枝改性,研究了辐照接枝改性对膜的表面亲和性和物化稳定性的影响.结果表明:改性膜的亲水性、纯水通量和对牛血清白蛋白的截留率较原膜均有明显提高,接枝率为17.8%时膜的水接触角由87°降至46°,接枝率为6%时膜纯水通量达到最大值1029 L(/m2·h),接枝率大于2%时膜对牛血清白蛋白的截留率基本大于90%;随着接枝率的提高,膜的拉伸断裂强力略有增加,断裂伸长先提高后下降,但变化不明显;经适宜浓度酸碱处理后,改性膜的力学性能和通量均保持较好水平,满足膜的使用及维护时物理清洗和化学清洗的要求.

新型亲水性PVDF中空纤维膜的制备

通过高能电子束辐照接枝的方法,在丙烯酸羟乙酯/水的混合溶液中,将丙烯酸羟乙酯(HEA)单体引入到PVDF中空纤维膜,对其表面进行亲水改性;考察单体浓度、辐照剂量对接枝率的影响,以及不同接枝率对膜表面形貌、化学组成及亲水性的影响;利用衰减全反射红外光谱(FT-IR)和扫描电子显微镜(SEM)对接枝改性前后PVDF中空纤维膜的化学组成及形态结构进行表征,并进行性能测试.结果表明:辐照剂量和单体浓度对接枝率都有显著影响;改性后PVDF中空纤维膜表面的亲水性能得到明显改善;接枝率为3.47%时纯水通量增大至372.69 L(/m2.h),比原膜的纯水通量增加了191%,膜表面接触角明显下降,吸水率显著提高.

拉伸工艺对聚丙烯中空纤维膜性能的影响

采用熔融-拉伸法制备聚丙烯中空纤维膜(PPHF),通过改变拉伸倍数和拉伸速率,制得不同性能的中空纤维膜,并对所得中空纤维膜从宏观和微观层面进行了测试和表征.实验结果表明,随着拉伸倍数的增大,膜的水通量、气体通量和平均孔径都是先增大后减小,而孔隙率则是先增大后保持不变.随着拉伸速率的增大,膜弹性回复率则先增大后保持不变或略有增加,而膜的孔隙率和气体通量都是先增大后减小再增大.SEM电镜照片也进一步证明了膜表面结构的变化.

PTFE／CaCO3杂化中空纤维膜制备及其界面孔研究

以聚乙烯醇(PVA)和硼酸(H3BO3)的凝胶体为纺丝载体,由聚四氟乙烯(PTFE)分散乳液通过凝胶纺丝法制备PTFE/PVA初生中空纤维,经烧结去除载体,得到聚四氟乙烯中空纤维膜.通过在成膜体系中引入纳米无机粒子碳酸钙(CaCO3),经后拉伸得到具有界面微孔结构的PTFE/CaCO3杂化中空纤维膜.研究了PVA和H3BO3的络合机理,并讨论了CaCO3对杂化中空纤维膜性能及结构的影响.通过对膜的表面形貌观察表明所得PTFE中空纤维膜是一种均质膜,形成的界面微孔结构不同于PTFE双向拉伸产生的纤维-结点状裂隙孔结构,界面微孔的数量和孔径随着后拉伸倍数的增加呈增大的趋势.

后处理对改性聚氨酯系中空纤维膜压力响应行为的影响

采用熔融纺丝制得改性聚氨酯系中空纤维膜,通过测试水通量随压力的变化研究了拉伸、热处理温度和热处理时间对改性聚氨酯系中空纤维膜压力响应行为的影响。结果表明,所得膜可发生明显的压力响应行为,且拉伸倍数越大,膜的强度越大,压力响应行为越精确;随热处理温度升高,膜的支撑性变差,压力响应行为变弱;随热处理时间延长,膜形变回复率变低,压力响应行为减弱。

浸没式中空纤维膜生物反应器的膜污染及防治对策

膜污染是浸没式膜生物反应器(SMBR)工艺中普遍存在的问题,是影响SMBR稳定运行的关键因素.从微观和宏观两方面分析了SMBR的膜污染的机理,综述了国内外控制膜污染问题的最新研究进展,包括膜自身性质的改进、膜组件及反应器结构的优化、污泥混合液特性的改善、工艺运行条件的优化及膜清洗技术的发展,在此基础上指出了目前关于膜污染问题研究的不足及未来的主要发展方向.

中空纤维膜萃取与超滤耦合富集铟In(Ⅲ)

研究中空纤维膜萃取与超滤耦合工艺从模拟含铟酸性浸出液中提取铟的效率,考察反萃相与萃取相混合配比、混合液流速、原料液与混合液温度变化等参数对系统提铟效果的影响。结果表明:反萃相与萃取相体积之比(A/O)在一定范围内,在A/O=4时系统反萃相中In(Ⅲ)的富集量达到最大;随混合液流速的增大,系统的传质性能降低;原料液与混合液等温变化对系统提铟效果的影响并不显著。对比含In(Ⅲ)、Fe(Ⅲ)、Zn(Ⅱ)三组分原料液与In(Ⅲ)、Fe(Ⅲ)两组分原料液的实验结果可知,原料液中Zn(Ⅱ)的大量存在会干扰In(Ⅲ)的萃取,需要对多组分原料液进行预处理以排除竞争离子的干扰,才能实现较好的提铟效果。

中空纤维内压纳滤膜的制备

以聚砜(PSF)中空纤维超滤膜为基膜,哌嗪(PIP)为水相单体,均苯三甲酰氯(TMC)为有机相单体,通过界面聚合的方法制备了聚哌嗪酰胺/聚砜中空纤维纳滤膜。研究了PIP、TMC浓度、热处理温度等工艺条件对膜的截留性能的影响,并用扫描电镜(SEM)研究了中空纤维纳滤膜内表面和截面的形貌。所制备中空纤维纳滤膜的水通量约为40L/(m2.h),对无机盐具有良好的选择性(对NaCl和KCl的截留率低于20%,对CuSO4和MgSO4的截留率高于94%)。

不同热处理介质对聚氨酯系中空纤维膜性能的影响

采用熔融纺丝制得聚氨酯系中空纤维膜,研究了不同热处理介质对膜性能的影响.结果表明:所制得的聚氨酯系中空纤维膜经热水介质处理后水通量随理论拉伸倍数的增加而增大,经热空气介质处理后水通量随理论拉伸倍数的增加先增大后减小;经热水介质处理后可提高聚氨酯系中空纤维膜断裂伸长率,而经热空气处理后则可提高其断裂强度;在相同压力条件下,热水介质处理后聚氨酯系中空纤维膜的水通量更易于稳定.

荷电中空纤维膜对肝素钠的分离特性

在紫外辐照下,引发聚砜(PSF)中空纤维膜与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)的表面化学接枝反应,制备得到荷负电型PSF-g-AMPS膜,研究了该荷电膜对肝素钠的分离浓缩特性。实验结果表明,紫外光引发膜接枝过程中辐照时间、接枝单体浓度、肝素钠溶液的pH值影响着膜的渗透通量及截留效果。在辐照时间为2 min、AMPS单体浓度为1%条件下得到的荷电膜在0.1MPa压力下对肝素钠具有最佳的截留效果。溶液pH=9的条件下,膜对肝素钠具有较高的截留率,而在pH=5条件下具有较高的渗透通量。荷负电膜与带阴离子基团肝素钠的静电排斥效应使得膜对肝素钠的截留率提高,而接枝链的亲水性使得膜的渗透通量得以提高。

用于电镀废水处理的PVDF中空纤维更新液膜性能的评价

采用实验室自制疏水微孔聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜组件,以2-乙基己基磷酸(D2EHPA)为载体、磺化煤油为溶剂配制成萃取剂、以硫酸为反萃剂,研究了中空纤维更新液膜萃取过程对镍离子的去除效果。考察了油水相比、不同操作模式、液相温度等系统运行条件及中空纤维和膜组件结构参数对镍离子去除率的影响。3h实验结果表明,油水相比为1∶50,废水与萃取剂混合液流经组件管程的操作模式下镍离子去除率达32.1%;增大纤维内径、减小纤维壁厚利于加速传质;优化的组件装填密度为26.9%,去除率达46.2%,增加组件长度也有助于镍离子的去除。

改性PVDF中空纤维膜抗污染性能研究

通过高能电子束辐照接枝丙烯酸制备了亲水改性PVDF中空纤维膜,根据纯水通量和对牛血清白蛋白溶液、腐植酸溶液、酵母菌溶液的渗透性能研究PVDF膜表面亲水改性对抗污染的影响.结果表明:辐照接枝改性使PVDF中空纤维膜的纯水通量提高了1倍;改性膜对腐植酸溶液和酵母菌溶液的渗透通量下降率较原膜分别降低58%和37%;碱性条件下,改性膜对牛血清白蛋白溶液的渗透通量下降率较原膜降低35%.

响应面法优化联苯聚酰胺中空纤维复合膜制备工艺

应用响应面法优化3,3′,5,5′-联苯四甲酰氯(BTEC)和间苯二胺(MPDA)界面聚合工艺中各影响因素(水相单体浓度、有机相单体浓度、聚合时间以及水相浸没时间),研究各影响因素及其交互作用对膜分离性能的影响.通过中心组合设计实验,并采用回归分析拟合得到二次方模型.结果发现BTEC浓度、MPDA浓度、聚合时间和水相浸没时间对脱盐率的影响显著性依次降低.BTEC和MPDA单体浓度的交互作用对膜脱盐率影响最显著,其次是MPDA浓度与聚合时间的交互作用,而BTEC浓度与水相浸没时间的交互作用最弱.最优操作参数:MPDA浓度9.1 g/L、BTEC浓度1.2 g/L、水相浸没时间65 min、聚合时间123 s,预测脱盐率为99.10%,而在此条件下实际值为98.97%,二者十分接近.在此条件下得到致密均一的聚酰胺复合膜.

聚酰亚胺的化学结构在炭膜制备过程中的变化规律及热解机理

从分子设计出发,用不同的二胺单体和相同的二酐单体合成聚酰胺酸并制备聚合物膜。采用热重、热重-质谱、红外和X射线光电子能谱分析聚酰胺酸在热解过程中的结构变化及机理。结果表明,在热解过程中,聚酰胺酸的热解包括4个阶段,经吸附水和吸附氧的脱除及溶剂挥发,亚胺化,交联,以及高温阶段的主链断裂、脱氧、脱氢、芳构化等热解过程转化为无定形炭结构。前驱体的结构不同导致热解过程存在差异。PPD-PMDA和TMPPD-PMDA热解时所需的温度较高。其它聚酰亚胺析出CH4、CO2、C6H6的温度顺序为ODA-PMDA>BDAF-PMDA>BAPP-PMDA。在700℃热解后,BDAF-PMDA所含的氟元素基本消失。这表明聚酰亚胺的化学结构对炭膜的微结构有较大影响。

减压膜蒸馏过程与热泵耦合技术研究

采用压缩式热泵回收减压膜蒸馏(VMD)过程的相变热,用于加热减压膜蒸馏系统原料液,并研究VMD过程与热泵耦合技术,以获得二者耦合工作的最佳工艺条件.结果表明:在组件进膜温度为70℃、膜组件面积为0.1 m2、膜蒸馏系统的进料流量为2.0 L/min、原料液加热循环流量为2.3 L/min、蒸汽冷凝循环流量为1.6 L/min、真空度为0.09 MPa条件下,热泵COP为3.08,膜通量为17.8 kg/(m2.h),产水电导率小于10μS/cm.这说明热泵较好地回收减压膜蒸馏过程中的蒸汽潜热,达到了能量循环使用的目的.

CFD技术在膜过滤过程中的应用

计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)模拟应用于膜过滤过程是近年新发展起来的一种膜过滤研究方法。综述了CFD模拟在膜过滤过程中的应用,从膜组件过滤特性和反应容器水力特性2个角度概述了CFD模拟膜内部浓差极化、质量传递系数等流态特性,膜面压力、渗透速率等流体特性参数,膜组件优化和反应器内流场分布,为膜过滤过程的评价提供了理论依据,对于实际应用具有极其重要的意义。

管式膜过滤过程中的流体力学研究

通过实验方法，研究了管式膜在过滤过程中进口流量、出口压力、压力降、膜通量等工艺参数之间的相互关系．实验结果显示，出口压力在0．1～0．15MPa时，管式膜透过液单位能耗较低；进口流量在1000-1200L/h时，管式膜单位能耗增加较慢，是较优的运行工艺参数．通过对实验结果进行计算和推导，得到膜管压力与膜管长度的关系和通量与压力的关系．

减压分级式多效膜蒸馏过程的研究

针对减压膜蒸馏(VMD)过程能耗高、蒸汽冷凝耗水量大的问题,设计了减压分级式多效膜蒸馏过程(MEMD).其特征是将传统膜蒸馏过程中的水蒸汽冷凝与原水加热过程耦合,在MEMD过程设立分级式多效蒸发区;级内的冷凝换热器与膜组件串联连接,由换热器管程内的补充料液回收MEMD过程所产生的蒸汽潜热.实验研究了系统真空度对VMD过程的影响;探索了主蒸发区膜面积、多效蒸发区换热器壳程进液流量及真空泵抽气量对MEMD过程的影响.结果表明:当主蒸发区膜面积为0.10 m2、真空泵抽速为2.0 L/s时,当量膜通量比相同主蒸发区真空度下VMD的膜通量高22.3%;采用抽气量更高的真空泵(抽速为4.0L/s)时,膜蒸馏的当量膜通量增加了8.2%,蒸汽相变热回收率增加了7.3%.

纤维素膜膜孔和膜性能的接枝调控

采用巯基乙酸对聚乙二醇(PEG)端基进行修饰,然后将再生纤维素膜乙烯基化,在UV照射的条件下,将巯基化PEG接枝到乙烯化后的再生纤维素膜表面,并用核磁共振对PEG和巯基化的PEG进行表征;分别用ATR-FTIR和XPS观察原膜、乙烯化膜、光引发后膜表面的结构组成;考察原膜与改性膜的纯水通量、孔径分布变化;并通过对牛血清磷酸缓冲溶液(BSA/PBS)的动态抗污染实验考察改性膜的耐污染能力.结果表明:成功合成出了巯基化PEG,ATR-FTIR及XPS证明了PEG链成功接枝在膜的表面;改性后膜的抗污染能力较原膜有所增强.