基于PTFE中空纖維膜的膜蒸餾技術(shù)處理高鹽溶液的研究.pdf

1、膜蒸餾作為一種新型膜分離技術(shù)被廣泛關(guān)注，它是以疏水性微孔膜為介質(zhì)，利用膜兩側(cè)蒸汽壓差使熱側(cè)液體中揮發(fā)性組分以蒸汽形式透過膜孔，到達(dá)冷側(cè)并被冷凝成液相，其他組分被阻擋在熱側(cè)液中，以此過程來實(shí)現(xiàn)混合物分離、提純的目的。用于膜蒸餾過程的膜材料應(yīng)滿足疏水性、多孔性和耐高溫等要求。聚四氟乙烯(PTFE)具有良好的疏水性、化學(xué)和溫度穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，是膜蒸餾的理想材料。PTFE微孔膜形式可分為平板膜和中空纖維膜。由于中空纖維膜形式具有單位體積內(nèi)裝填面積

2、大，可自支撐等特點(diǎn)，其在膜蒸餾過程中用量最大。
　　本文采用糊料擠出和拉伸燒結(jié)法制備了PTFE中空纖維膜，對PTFE中空纖維膜的微觀結(jié)構(gòu)、孔徑、孔隙率、表面水接觸角、力學(xué)性能和熱性能等進(jìn)行了研究;以100g/LNaCl溶液、200g/LNaCl溶液和海水反滲透(RO)濃水為進(jìn)料液，考察了膜結(jié)構(gòu)參數(shù)和膜蒸餾操作條件對產(chǎn)水通量和脫鹽率的影響;比較了三種膜蒸餾形式（真空膜蒸餾、直接接觸式膜蒸餾和氣掃式膜蒸餾）的產(chǎn)水通量和脫鹽率;最后考察

3、了PTFE中空纖維膜在連續(xù)72h膜蒸餾運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性，研究了膜污染和膜清洗過程的效果。
　　研究表明:
　　(1)采用糊料擠出-拉伸-燒結(jié)法制備了四種PTFE中空纖維膜，通過改變擠出過程的擠出頭料腔內(nèi)徑和擠出頭內(nèi)徑可改變中空纖維膜的壁厚和外徑，通過改變拉伸階段的拉伸比可改變中空纖維膜的孔徑和孔隙率。電鏡照片顯示四種PTFE中空纖維膜均具有由原纖和結(jié)點(diǎn)形成的多孔結(jié)構(gòu)，表面水接觸角均在125°以上，具有良好的疏水性。當(dāng)PTF

4、E中空纖維膜壁厚增加，中空纖維膜的斷裂強(qiáng)度增大。熱重分析(TGA)和差示掃描量熱(DSC)分析表明PTFE中空纖維膜在350℃熔融，在550℃分解，說明PTFE中空纖維膜具有良好的熱穩(wěn)定性，滿足膜蒸餾的操作溫度要求。
　　(2)將PTFE中空纖維膜制成膜組件，以100g/LNaCl溶液、200g/LNaCl溶液和海水RO濃水為進(jìn)料液，考察了膜結(jié)構(gòu)參數(shù)對真空膜蒸餾(VMD)產(chǎn)水通量和脫鹽率的影響。結(jié)果表明，PTFE中空纖維膜壁厚增加

5、，VMD產(chǎn)水通量隨之減小;PTFE中空纖維膜孔徑和孔隙率增大，產(chǎn)水通量隨之增加。脫鹽率基本保持不變，均在99.9％以上。
　　(3)隨著進(jìn)料液鹽濃度的增加，產(chǎn)水通量下降;隨著曝氣量的增大，產(chǎn)水通量先增大后減小，最佳曝氣量為4m3/m2·h;料液溫度和冷側(cè)真空度的升高均會提高產(chǎn)水通量。各種操作條件對VMD脫鹽率影響較小，脫鹽率均在99.9％以上。
　　(4)比較了氣掃式膜蒸餾(SGMD)、真空膜蒸餾(VMD)和直接接觸式膜蒸餾

6、(DCMD)的脫鹽率和產(chǎn)水通量。產(chǎn)水通量為VMD＞DCMD＞SGMD，且VMD的產(chǎn)水通量遠(yuǎn)大于后兩者。隨料液溫度和料液流速的增加，三種膜蒸餾過程產(chǎn)水通量均增大;VMD過程的產(chǎn)水通量隨真空度的增加而增大，SGMD過程的產(chǎn)水通量隨冷側(cè)氣體流速的增加而增加，DCMD過程的冷凝水的流速對產(chǎn)水通量基本無影響。三種膜蒸餾過程的脫鹽率均不受操作條件的影響，脫鹽率在99.9％以上。
　　(5)采用VMD過程，以100g/LNaCl溶液和海水RO濃

7、水為進(jìn)料液，對PTFE中空纖維膜進(jìn)行72h穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)。在運(yùn)行過程中，隨著運(yùn)行時間的增加，產(chǎn)水通量逐漸降低。連續(xù)運(yùn)行72h后，產(chǎn)水通量分別從7.9kg/h·m2(100g/LNaCl)和6.4kg/h·m2（海水RO濃水）下降至4.01kg/h·m2和2.37kg/h·m2，脫鹽率基本保持在99.9％以上。中空纖維膜經(jīng)長期運(yùn)行后產(chǎn)水通量下降的原因是膜表面沉積了NaCl和CaCO3。采用0.5mol/L鹽酸清洗后，膜表面污染得以改善，產(chǎn)水通