改性陶瓷膜在真空膜蒸馏中的应用

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近些年来,新兴了一种膜分离技术——膜蒸馏,它是以传统的分离技术作为基础,联合膜分离过程,分离过程中所用的膜为疏水微孔膜,传质的推动力为膜两侧的蒸汽压力差。该项技术由于具备可在常压下进行、潜热回收容易、设备简单、操作便捷、分离性能好等优点,在很多领域中得到了应用。如对海水的淡化处理、化工污水及废水的分离利用、超纯水的制备等等。但由于膜蒸馏过程中,所用膜必须具备疏水的特性,使得膜材料的来源受到了很大的限制。  针对于以上问题,本论文的研究重点是寻求一种新型的膜材料,拓宽膜蒸馏材料的来源。陶瓷膜是一种常见的无机膜,由于机械强度高、化学稳定性和热稳定好、渗透能力强等优点,在分离技术中得到了广泛的应用,但因表面羟基的存在,使其展现极强的亲水性能,不能直接应用在膜蒸馏过程中。对陶瓷膜进行疏水改性,使其由亲水性转变为疏水性,将改性过的陶瓷膜应用在真空膜蒸馏中。  陶瓷膜的改性剂选用乙烯基三乙氧基硅烷,采用两种不同的制膜方式:浸泡法和喷涂法,制备疏水涂层。将改性前后的陶瓷膜利用接触角测量仪、ATR-FITR、SEM、XPS和Zeta电位等表征手段进行分析。实验的结果表明:疏水基团成功地接枝在陶瓷膜表面,喷涂法和浸泡法所改性的陶瓷膜表面接触角分别为123.0°和124.4°,疏水能力相近,但采用喷涂法所需改性液浓度仅为浸泡法的2/15,疏水涂层形成更快。因此,喷涂法是一种更具优势的制膜改性方式。  将改性过的陶瓷膜应用在真空膜蒸馏装置中进行脱盐实验,其膜通量能达到8.14kg·m-2·h-1,截留率为99.96%,表明对陶瓷膜疏水改性应用在膜蒸馏装置是可行的。同时,考察工艺了操作条件对膜通量和截留率的影响,升高进料温度、提高真空度、加快进料流速均有利于膜通量增大,进料浓度的增加对膜通量增加起抑制作用。在整个实验过程中,改性后的陶瓷膜均保持了较高的截留性能,截留率均在99.0%以上。  最后,设计正交实验,考察操作条件对膜通量影响的程度,得出进料温度影响最为显著,真空度、进料浓度次之,进料转速影响最为微弱。
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