《蒸汽誘導法製備低熱導率、高強度的膜蒸餾用疏水膜》是依託北京工業大學，由彭躍蓮擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：蒸汽誘導法製備低熱導率、高強度的膜蒸餾用疏水膜
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：彭躍蓮
- 依託單位：北京工業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
膜蒸餾作為一種高效的分離技術，其最值得期待的套用是作為海水淡化工藝中反滲透濃水的深度處理。高通量、低導熱且性能穩定的膜是膜蒸餾技術的關鍵。本項目提出將低熱導率、高強度的聚合物- - 聚碸和聚苯乙烯用蒸汽誘導的方法分別製成疏水膜，並用於膜蒸餾過程。首先研究疏水表面的形成機理，後用兩種制膜路線，即一步法和兩步法分別形成疏水膜。研究側重於從熱力學和動力學兩方面研究膜液的相分離機理，採用繪製三元相圖、測定氣液相物質的傳質速率、線上觀察膜液的相分離過程、觀察膜結構、並測定元素分布等手段，建立成膜條件-膜結構-膜性能之間的關係。最佳化制膜參數，得到高熱效率、截留率和通量且性能穩定的膜蒸餾用膜。同時，建立一套評價膜蒸餾用膜結構和膜蒸餾性能的指標體系，並提出各自的測定和計算方法。
結題摘要
目前膜蒸餾技術還未能大規模工業套用，主要是因為在疏水膜的膜通量低、親水化滲漏、熱效率低等一系列膜蒸餾環節上均有待於提高。本課題主要在以下三個方面開展研究工作。 （1）首先研究了蒸汽誘導法（VIPS）製備疏水性的聚偏氟乙烯（PVDF）膜和聚碸（PSf），探討聚合物濃度、添加劑種類及含量、蒸汽濕度、空氣中暴露時間等對膜結構的影響機理，並得到最佳制膜條件，所製得的膜主要用於直接接觸式膜蒸餾（DCMD）過程。建立了成膜條件-膜面結構-疏水性之間的關係，即對高溫和低聚合物濃度體系來說，膜液更易跨過旋節線而發生旋節線相分離，形成具有雙連續的網狀結構，且網節點上帶有許多微納米顆粒的表面，使膜表面具有更強的疏水性，甚至達到超疏水。嘗試採用共混和複合的方法製備低熱導率的PSf膜，PSf/SiO2複合膜的熱導率有小幅降低。 （2）隨後研究了平板膜和中空纖維膜的膜污染和親水化機理，膜材料種類及結構、操作條件（進料溫度和流速）對親水化的影響，如進料液溫度越高，熱側進料液的鹽濃度越高，溶液表面張力都會下降，膜的親水化更嚴重；膜如果有自清潔能力，耐污染和抗親水化的能力大大提高；聚四氟乙烯（PTFE）比PVDF抗親水性好。 （3）最後通過實驗和數學模擬兩種方法研究了DCMD熱效率的影響因素，包括膜結構和操作參數。隨著膜熱導率逐漸減小，DCMD過程熱效率逐漸增加；隨著膜整體孔隙率逐漸增加，膜熱導率減小，DCMD過程熱效率逐漸增加；隨著膜孔徑逐漸增加，水蒸氣在膜孔中的擴散增加，DCMD過程熱效率逐漸增加，綜合考慮DCMD過程通量及截留性能，最優孔徑控制在0.3μm – 0.45μm；膜厚會影響膜面溫度，對熱效率有間接影響，只是膜厚與傳導熱及蒸發熱通量均成反比，故對DCMD熱效率影響很小。提高熱效率最有效的方法是回收汽化潛熱。 本課題組在對膜污染、膜親水化和熱量回收充分研究之後，提出了理想膜蒸餾用膜應該具有的微觀結構，除了膜要有超疏水性外，還應該具有其他五個方面的特徵：① 薄，通量大；②膜斷面呈海面狀結構，機械強度高，疏水性好；③膜絲尺寸合適，能做成冷、熱流體流量接近的膜組件，以利於熱泵回收熱量；④膜壁面有隔熱層，熱損失少；⑤膜面有微米級顆粒，超疏水，具有自清潔功能，並減少膜親水化的可能；⑥微米級顆粒表面有一親水層，減少油類污染物的吸附。
