硅2f聚偏氟乙烯杂化膜的研究

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1、1．1膜分离技术第1章绪论膜分离技术是指用天然或人工合成的薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂混合流体进行分离、分级、提纯和富集的方法。膜分离法可用于液相和气相体系。随着膜技术的发展，膜分离过程逐渐成为化学工业、食品加工业、医药技术等方面的重要分离过程。已经工业化的有微滤、超滤、反渗透、电渗析和气体分离等，渗透汽化也在近些年建成了工业规模的装置，各种膜反应器的研究和应用发展较快。较之传统的分离方法如过滤、蒸馏、重结晶、气体液化等既大量消耗能源，又达不到充分分离的效果，

2、各种膜分离技术有其共同点，如没有相变，分离系数较大，节能、高效，无二次污染，可以在常温下连续操作，而且设备简单、操作简便，可直接放大，专～配膜，特别是在分离共沸物、异构物和对热敏性物质的处理方面具有独特的优势，这在提倡绿色环保和可持续发展的现代社会得到了越来越高的重丰见【L21。膜分离技术被认为是21世纪最有发展前途的高新技术之一。近几年，膜分离技术被广泛的应用于城市供水及污水处理。城市污水不仅要治理，更要抓回用，而城市污水的再生利用既可以解决污染问题，又可使处理后的污水得到有效利用，缓解我国水

3、资源短缺的紧张状况。许多发达国家已不再建设传统意义上的污水处理厂(WWTP)，而代之以“污水再生厂”。采用当代高新技术如微滤膜过滤、反渗透、膜生物反应器等，使处理后的再生水达到市政杂用、生活杂用、园林绿化等多种用途要求。膜技术是实现污水资源化的关键技术，而水处理尤其是污水处理过程中污染物质量大，种类复杂，膜通量衰减严重，所以需要在高强度下频繁地对膜进行物理和化学清洗，以维持其水通量，因而它对膜的强度、透水性和抗污染性提出了更高的要求，但目前通常使用的超滤膜均存在强度低和寿命短的问题，亟待进一步改

4、善膜性能。因而高强度、高水通量、耐污染的超滤膜成为目前膜领域的研究热点。目前，研究学者们已经开发出了一些超滤膜材料，主要有聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯(PP)、聚醚砜(PES)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)等。这些膜的制备方法主要有浸入沉淀相转化法、熔融拉伸法、径迹蚀刻法和烧结法等。其中，浸入沉淀相转化法是制备微滤和超滤膜最广泛的一种方法。1．2浸入沉淀相转化法制膜相转化法原理是指均相的高分子铸膜液通过各种途径使高分子从均相溶北京T业火学下学硕十学何论文液中沉淀出来，并分为二相，一为高分子

5、富相，最后形成高分子膜：一为高分子贫相，最后形成膜中之孔。聚合物溶液可以通过多种方式发生相转化，相转化法根据改变溶液热力学性质方法的不同可分为以下几种：溶剂蒸发相转化法、热致相转化法、气相沉积相转化法和浸入沉淀相转化法。其中浸入沉淀相转换法制备工艺简单，能够更好地调节膜的结构和性能，是制备微滤和超滤膜最广泛的一种方法。本论文所选择的方法即为浸入沉淀相转化法。1962年Loeb和Sourirajant31首次发明浸入沉淀相转化制膜法，并成功制备了不对称的反渗透醋酸纤维膜，从而使聚合物分离膜具有了工

6、业化应用价值。自此以后，浸入沉淀相转化制膜法被广泛地研究和采用，逐渐成为制造聚合物分离膜的主流方法。利用浸入沉淀相转化法在实验室制备平板膜的具体操作过程为：将铸膜液刮在玻璃板上，制成有一定厚度的初生态液膜，在空气中暴露一段时间后，随即浸入凝胶浴中，初生膜中的溶剂向凝胶浴中扩散，凝胶浴中的非溶剂也将向初生膜内反向扩散。随着非溶剂浓度的增大，铸膜液固化成膜。浸入沉淀相转化法成膜一般可以分为以下三个阶段141：(1)溶解阶段这一阶段铸膜液仍然保持均相状态。但由于铸膜液中溶剂向周围环境的扩散以及非溶剂向

7、铸膜液内的扩散导致在整个膜液断面上存在一个浓度梯度。(2)分相阶段随着体系对聚合物溶解能力的持续下降，这一阶段铸膜液变得热力学不稳定，而发生相分离。根据铸膜液组成不同，主要发生两种相分离过程：对于非晶态聚合物，主要发生液．液相分离：对于结晶态聚合物则可能发生液．液相分离、固．液相分离或者发生两种相分离的混合过程。这一过程是决定膜孔形成的关键步骤，是控制膜性能的重点。(3)相转化阶段这一阶段包括膜孔的凝聚，相间流动及聚合物富相的固化。对于无定型聚合物发生玻璃化转变，对于结晶性聚合物发生结晶从而固化

8、。总的来说，当聚合物溶液发生液．液分相的时候，根据体系发生液．液分相的快慢，通常存在两种不同形式的液．液分相行为，即：瞬时液．液分相：铸膜液浸入凝胶浴后迅速分相成膜。延时液．液分相：铸膜液浸入凝胶浴中一定时间后才分相成膜。在浸入沉淀相转化法制膜过程中，聚合物溶液体系是否以及发生何种液．!!皇!詈皇!曼詈曼詈鼍!!苎!!!!!曼苎!!!鼍if-1"illI鼍!!!!曼!鼍!!曼!!皇!!!!詈皇!曼詈曼詈鼍!!苎!!!!!曼苎!!!鼍鼍!!!!曼!鼍!!曼!!皇液分相过程主要由溶液的热力学因素决定