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纳米粒子增强PVDF内衬膜文献综述

 2020-05-17 09:05  

文 献 综 述 随着膜技术的快速发展和工业化水平的不断提高,,膜技术在污水处理以及资源化领域中的应用越来越广泛,工程规模也越来越庞大,每天处理量由最初的数十吨发展到数十万吨,为适应这一发展, 膜组件长度也由最初的l m 左右提高到了2m ,同时, 从节约能耗方面考虑,膜组件的应用形式也由外置式向浸没式发展,这些因素都对膜材料强度提出越来越高的要求.此外,在运行过程中,通常采用曝气擦洗方式抖动膜丝,保证透水通量, 减少膜污染,但强烈抖动对膜丝的强度也提出了很高要求,因此,增加膜材料强度已经成为膜材料研发的一个主攻方向,本研究就是在系统分析膜性能的基础上,研究开发了增强型中空纤维膜的制备方法并实现规模化生产, 为MBR在污水资源化中的应用提供了可靠的技术保证[1]。

膜生物反应器(MBR)作为一种高效的污水处理技术,具有污泥含量高、占地面积小、出水水质好、污泥产量低等众多优点。

膜材料是MBR 的核心,对MBR 的污水处理性能起着决定性作用。

MBR 膜材料主要为超/微滤膜,常见的材质包括聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚醚砜(PES)、聚砜(PS)、聚丙烯腈(PAN)和聚丙烯(PP)等高分子材料。

其中PVDF以其耐酸碱、耐热性高、生物相容性好、高分离精度和高效率等优点,在膜分离领域展现了广阔的应用前景[2]。

PVDF具有良好的化学稳定性、耐热性、较好的抗污染性和疏水性, 且溶于某些溶剂中, 易于用相转化法制成非对称微孔膜,用该膜进行膜蒸馏实验,其截留率和通量都较高。

以聚偏氟乙烯为膜材料,以一定的配方,相转化法制制PVDF膜;以相同配方,进口无纺布为衬布,调节凝胶液温度和组成,相转化法制备PVDF增强膜[3]。

中空纤维膜具有装填密度高、自支撑等优势而被广泛地应用于工业废水处理、生活污水回用、海水淡化预处理等领域.目前常用”非溶剂致相分离法”(NIPS)制备中空纤维膜,易生成指状孔或空洞结构,致使中空纤维膜的断裂强力较弱,在使用中易出现膜丝断裂的问题.近年来科研人员对复合增强膜展开了深入研究.Hayano等提出纤维编织管涂覆技术.上世纪90年代,德国Membrana公司开发了Ultraflux亲水性中空纤维膜,将高强度的长丝线与多根膜丝编织在一起,增加了膜丝强度,但加工成本较高.热致相分离法膜强度较高,但亲水化困难.也有学者尝试利用AL2O3、SiO2、TiO2等制备出无机纳米粒子共混增强聚合物复合膜材料[4]。

纤维增强型中空纤维膜的制备首先要选择合适的增强纤维并制备编织管.增强纤维的粗细要合适,太细容易断,太粗时制出的编织管表面太粗糙,纺出的膜丝易漏.编织管的表面需保持平整,适宜的空隙率易渗人中空纤维内腔,堵塞流道.增强纤维与编织管的收缩量也需要控制, 经热水处理后编织管不能有太大收缩, 否则, 纺丝与后处理过程中膜层与编织管的收缩不一致,会降低膜层与编织管之间的结合力.从试验结果看,当编织管的收缩率超过6%时, 膜层与编织管之间的结合力明显降低.纤维增强型中空纤维膜的制备是湿法纺丝与纤维增强的结合,影响膜性能的因素除了与湿法纺丝有关的之外,增强纤维的加人引人了一些新的因素,这些因素包括增强纤维的选择与编织管的制备及预处理、编织管的张力、干程、芯液、膜丝的后处理与亲水改性等[5]。

可采用薄膜层压法、界面聚合法和溶液涂覆法等制备具有双层结构的中空纤维膜。

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