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膜蒸馏用抗污染 PVDF复合膜的制备

作者:膜科学与技术时间:2022-10-28 09:23:36阅读数:

       随着工业部门对淡水需求量的日益增加,废水回用已成为解决这一问题的重要措施"。此外,日益严格的排放规定,如零液体排放,也需要从工业废水中有效地回收和再利用水。而目前从高浓盐水中回收水应用最多的膜分离技术还是反渗透技术,但是反渗透存在明显的盐度限制,大约为70000 mg/L,超过这个限度之后需要提供额外的能量来克服溶液的渗透压差,并且增加膜在运行过程中的失效风险﹐进而达不到良好的分离效果,因此迫切需要一种替代工艺来解决高浓盐水的深度浓缩问题。膜蒸馏作为一种新兴的膜技术,由于具有一些独特优势,如低温和常压下操作﹑截盐率高、无蒸发器腐蚀问题、可利用再生能源等,最主要的是膜蒸馏的驱动力是蒸汽压差,受溶液盐度的影响较小,可以达到深度浓缩的目的。因此可作为一种从高浓盐水中回收水的可替代工艺。

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       但是在膜蒸馏过程中,由于工业废水中不仅包含高浓度的无机盐,还包含许多有机物,比如油类,腐殖酸等,不可避免地造成膜污染和润湿,最终导致过程失败。虽然可以对被污染和结垢的膜产品进行化学清洗,但是膜元件性能恢复较差,而且清洗剂通常会破坏膜的表面结构。膜污染和无机盐结垢仍然是阻碍膜长期稳定运行的关键。缓解污染和结垢的方法包括对料液的预处理、组件优化以及膜改性等,其中料液预处理以及组件优化不能从根源上减缓膜污染,提升膜自身的抗污染性能才是解决问题的根本。因此,制备具有耐污染性好、低结垢倾向的疏水膜对于膜污染处理具有复杂成分的废水是必不可少的。

       目前的研究主要是对污水处理膜改性,通过改变膜表面形貌和化学性质来增强膜的性能,包括具有滑移表面的超疏水/全疏膜,以减轻由盐结垢引起的膜污染和由两亲有机污染物引起的膜润湿。

通常设计超疏或全疏膜包括两个步骤:

       (1) 用纳米颗粒构建多级粗糙的膜表面;

       (2) 用极低表面自由能的氟硅烷调节膜表面自由能。层次化的超疏水聚偏氟乙烯PVDF膜,改性后的复合膜水接触角高达153°且滑动角低至6-8。通过长时间(150 h)MD运行试验,测试存在有机污染物海藻酸钠(SA)、牛血清蛋白(BSA)和腐殖酸(HA)以及氯化钙(CaCle)、氯化钠(NaCl)的盐水混合体系下的性能。原膜与复合膜在前15h内都经历了一个快速的通量下降,此后膜都保持了稳定的通量。其中原膜的通量衰减率约为80%,复合膜具有更高的膜通量(衰减率约为55%),且 MD过程中的盐截留率没有明显降低,表现出良好的抗污染能力。采用不同尺寸的二氧化硅纳米颗粒(SiNPs)修饰PVDF纳米纤维膜,然后进行氟化处理,制备了全疏水膜。改性后的复合膜能维持其表面不被低表面张力的液体润湿,食用油(y=32。5 mN/m)的接触角高达152°。当进料液为饱和硫酸钙溶液时,复合膜的结垢倾向低,通量衰减率约为22%(原膜通量衰减率约为74%),硫酸钙截留率约为99。8%。目前报道的大部分超疏或全疏膜制备步骤复杂且耗时,原材料中的纳米颗粒价格昂贵以及存在对环境和健康的潜在影响。

       这些方面都阻碍了抗污染复合膜的大规模生产,制约了膜蒸馏的工业化应用。因此,仍需进一步探究改性过程简单、材料价格低廉的疏水皮层构筑方法含氟乳液,环境友好,因为它使用水作为分散介质,不含或只含极少量的有机溶剂,乳液聚合过程简单而高效,而且含氟组分的低表面能赋予乳液优异的疏水性能,只需浸涂和烘干就可成膜并极大地提高表面的接触角,是市场中较为常用的疏水化处理产品。

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