疏水膜在膜蒸馏中的应用进展80484363

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1、疏水膜在膜蒸馏中的应用进展摘要：本文首先阐述了用于膜蒸馏的膜材料及其性能。然后分别介绍了不同材料的疏水膜用于膜蒸馏过程的性能，指出其各自影响因素对膜性能的影响。评述了聚丙烯平板膜及中空纤维膜的研制及应用现状，并比较了3种膜材料的性能及研制方法，同时对膜蒸馏膜材料的研究开发前景进行了展望。关键词：疏水膜；膜蒸馏；材料性能膜蒸馏(membranedistillation，简称MD)是膜技术与蒸馏过程相结合的分离过程。膜的一侧与热的待处理溶液直接接触(称为热侧)，另一侧直接或间接地与冷的水溶液接触(称为冷侧)，热侧溶液中易挥发的组分在膜面处汽化通过膜进入冷侧并被冷

2、凝成液相，其他组分则被疏水膜阻挡在热侧，从而实现混合物分离或提纯的目的[1]。用于膜蒸馏的膜材料应满足疏水性和多孔性两个要求，以保证水不会渗入到微孔内和具有较高的通量。另外，足够的机械强度、好的热稳定性、化学稳定性以及低的导热系数也是MD用膜材料所必需的。通常认为孔隙率为60%～80%，平均孔径为0.1～0.5μm的膜最适合于膜蒸馏[2]。近年来，MD过程膜材料的研究开发集中于3种膜材料，即聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)和聚丙烯(PP)，它们的疏水性能都较好。PTFE、PVDF和PP的表面张力依次为(25～33)×10-3N/m、(23～34

3、)×10-3N/m和40×10-3N/m，说明PTFE膜的疏水性最好。从耐氧化性及化学稳定性看，PTFE膜优于其他两种膜，这使得PTFE膜所应用的物系非常广泛，PVDF膜次之。PP膜化学稳定性及耐氧化性相对较差。1.PTFE疏水膜与其它材料比较，聚四氟乙烯(PTFE)具有更优异的疏水性能和发达的孔隙结构。在膜蒸馏过程中，由于多微孔的结构特征使PTFE易吸附杂质，导致疏水性能降低。因此需要对PTFE进行超疏水改性。金王勇等[3]采用自制的超疏水剂进行改性，并对改性效果和在膜蒸馏中的应用进行了研究。试验结果表明，改性后PTFE平板膜与蒸馏水、油的接触角均明显提高

4、；超声波震荡表明改性剂可稳定地吸附在膜上；改性PTFE平板膜组件进行工厂放大膜蒸馏试验，表明组件可保持较高膜通量；改性明显降低了膜污染程度。PTFE膜优良的耐氧化性能和化学稳定性决定了其应用的广泛性。Tomasze-wska[4]采用商品PTFE平板膜(微孔直径0.45μm,膜厚80μm,孔隙率70%)进行盐酸溶液的DCMD实验,使之成为从具有较高腐蚀性物质的溶液中提纯挥发性酸的有效方法。透明质酸是一种重要的医药及精细化工重要原料，孙宏伟等[5]6采用北京塑料研究所提供的孔径为0.2μm的PTFE微孔平板膜进行了AGMD实验，常温下分离浓缩热敏性透明质酸水溶

5、液，充分显示了PTFE膜的优良性能。PTFE膜用于MD过程的研究表明,膜结构参数的最佳范围是：微孔孔径0.2～1μm,孔隙率62%～80%。因此,研制和开发新膜的关键是改善这两个性能参数，以便大幅度提高膜的通量。另外如何降低膜的成本也是值得关注的问题，只有研制成本较低且易于产业化的制膜工艺，才能使这种性能优良的MD用膜材料发挥更大的作用。2.PVDF疏水膜PVDF膜在常温下是可溶的，较PTFE膜易制备，PVDF膜又有较好的耐热性及疏水性，因而成为理想的MD膜材料，开发潜力大。PVDF用于制备MD用的疏水膜的方法主要有拉伸法和相转化法。相对于拉伸成膜法，相转化

6、法可以有效地对膜孔结构进行控制，根据需要制备不对称膜。但疏水膜材料的表面能低，常温下难以被溶剂溶解。聚偏氟乙烯膜可以采用热致相转化制备，这种方法的溶液配制温度通常在200℃以上，技术要求很高。目前，国内外主要采用L-S相转化法制备PVDF微孔膜，在铸膜液组成和制膜条件等方面,对膜结构、性能进行一些探讨。2.1固含量对膜性能的影响一般认为，随PVDF含量增加,初凝胶时间变短，相转化分离过程加快，微胞构造和网络未能充分发育，故膜的平均孔径和孔隙率都减小。由电镜扫描图可知，随PVDF含量增加，膜结构变得更为紧密，下表面的孔径减小。董声雄等[6]在制备PVDF中空纤

7、维不对称膜时发现：聚合物浓度对膜形态结构有显著影响，当铸膜液中聚合物浓度较低时，无论用什么种类添加剂，都能形成大而多的孔，但孔的形状随添加剂不同而异。当聚合物浓度一定时，添加剂的用量对膜形态结构有很大的影响，对孔的大小及数量影响很小。2.2溶剂对膜性能的影响可作为聚偏氟乙烯溶剂的物质有：二甲基乙酞胺(DMAc)，二甲基甲酞胺(DMF)，N-甲基吡络烷酮(NMP)，二甲基亚砜(DMSO)，二乙基乙酞胺(DEAc)，三乙基磷酸酯，六甲基磷酸胺，丙烯碳酸酯，四甲基尿，丙酮(高于50℃)等非极性溶剂[7,8]。由于挥发时间对膜结构有很大的影响，NMP有时对较低的蒸气

8、压和相对较高的闪点，在空气中也不会强烈地吸收水分，这