【摘要】：聚偏氟乙烯(PVDF)中空纖維膜具有優(yōu)異的綜合性能被廣泛應(yīng)用于超微濾、膜蒸餾等膜分離技術(shù)領(lǐng)域,但在水流或氣流的沖擊作用和強(qiáng)烈擾動的操作環(huán)境下中空纖維膜易發(fā)生斷絲的現(xiàn)象,縮短膜組件的使用壽命,極大的限制了中空纖維膜的廣泛應(yīng)用,因此研制高強(qiáng)度的中空纖維膜具有重要意義。本文設(shè)計(jì)了一種新的筋線增強(qiáng)型膜結(jié)構(gòu),并研究了其制備方法。利用自主設(shè)計(jì)的具有特殊結(jié)構(gòu)的紡絲噴頭,制備出一種具有高拉伸斷裂強(qiáng)力的品字外形結(jié)構(gòu)的外壓式筋線增強(qiáng)膜。與圓形外形外壓膜相比,品字外形外壓膜具有更大的外表面積,可以提高中空纖維膜的純水通量。首先利用單因素實(shí)驗(yàn)探討了紡絲噴頭中針頭類型、噴絲孔中心距離、針頭位置比例以及針頭探出長度等參數(shù)對筋線增強(qiáng)膜形貌和性能的影響,并通過膜純水通量、抗壓扁能力、最大孔徑和破裂壓力的測試,得到筋線增強(qiáng)膜最優(yōu)性能的制備工藝參數(shù):采用針頭垂直式噴絲頭,噴絲孔中心距4 mm,針頭位置比例1:2,針頭探出長度5 mm的噴絲頭參數(shù)制備出PVDF筋線位于三孔中間,膜壁厚均一的筋線增強(qiáng)膜,并且在不影響膜純水通量的情況下,膜抗壓扁能力和破裂壓力達(dá)到最優(yōu)。在上述最優(yōu)噴絲頭參數(shù)的基礎(chǔ)上,探究了紡絲過程中入水距離、卷繞速度等參數(shù)對筋線增強(qiáng)膜性能的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)入水距離為11 cm,卷繞速度20.7 m/min時,制備的復(fù)合膜純水通量為245 L·m-2·h-1,抗壓扁能力為0.23 MPa,最大孔徑為0.160 μm,破裂壓力為0.385 MPa,性能最優(yōu)。然后在最優(yōu)紡絲工藝的基礎(chǔ)上探討了不同膜壁厚度對筋線增強(qiáng)膜的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn),當(dāng)膜壁厚度增加時,筋線增強(qiáng)膜的純水通量下降,抗壓扁能力和破裂壓力上升,膜壁厚度減小有利于提高膜傳質(zhì)效率,但膜成型較為困難,因此在保證筋線增強(qiáng)膜成型工藝穩(wěn)定的前提下,膜壁厚度為230μm的筋線增強(qiáng)膜具有最優(yōu)的純水通量和機(jī)械強(qiáng)度。最后對比分析了單孔,三孔和筋線增強(qiáng)型中空纖維膜,通過對三種類型中空纖維膜的純水通量,最大孔徑,破裂壓力,斷裂強(qiáng)力等基本性能進(jìn)行測試,結(jié)果表明,筋線增強(qiáng)膜相比單孔膜和三孔膜而言,其純水通量略微下降,膜最大孔徑和破裂壓力沒有明顯變化,但膜的斷裂強(qiáng)力較單孔膜提升了 12倍左右,達(dá)到23.64N。因此PVDF筋線顯著的提高了筋線增強(qiáng)膜的拉伸斷裂強(qiáng)力,并且未對膜純水通量造成負(fù)面影響。
【圖文】：

學(xué)交聯(lián)法將功能層涂敷在基膜上可以很好的避免兩層之間發(fā)生脫離。逡逑０灥Ｍ逡逑—涂敷功能層逡逑圖１－２雙層復(fù)合中空纖維膜示意圖（外涂敷）逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｄｏｕｂｌｅ－ｌａｙｅｒ邋ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ邋ｈｏｌｌｏｗ邋ｆｉｂｅｒ邋ｍｅｍｂｒａｎｅ邋（ｅｘｔｅｒｎａｌ逡逑ｃｏａｔｉｎｇ）逡逑在中空纖維基膜外包纏一層平板膜增強(qiáng)法一般是將聚四氟乙烯（ＰＴＦＥ）平逡逑板膜在拉伸作用下包纏在中空纖維膜表面上，制備的增強(qiáng)型中空纖維膜的拉伸逡逑斷裂強(qiáng)力得到大幅度的提升。在拉伸過程中利用雙向拉伸法很容易獲得具有較逡逑多微孔的膜結(jié)構(gòu)。日本的Ｓｕｍｉｔｏｍｏ公司邋＇＇開發(fā)出一系列的平板膜包纏中空纖逡逑維膜的技術(shù)，操作時首先在中空纖維膜的表面上通過螺旋式方法包纏寬度較窄逡逑的ＰＴＦＥ條帶（如圖１－３所示），然后在一定的溫度條件下讓接觸界面上的兩層逡逑膜發(fā)生黏結(jié)，制備的復(fù)合膜不僅具有很好的界面結(jié)合力，，很好的避免了功能層逡逑的脫落。而且在多孔基膜的支撐作用個使得復(fù)合膜具有較高的膜拉伸斷裂強(qiáng)力逡逑和爆破強(qiáng)度［５６］。逡逑圖１－３平板膜包纏中空纖維膜示意圖％逡逑？邐．邐［５５］逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｈｏｌｌｏｗ邋ｆｉｂｅｒ邋ｍｅｍｂｒａｎｅ邋ｗｒａｐｐｅｄ邋

多微孔的膜結(jié)構(gòu)。日本的Ｓｕｍｉｔｏｍｏ公司邋＇＇開發(fā)出一系列的平板膜包纏中空纖逡逑維膜的技術(shù)，操作時首先在中空纖維膜的表面上通過螺旋式方法包纏寬度較窄逡逑的ＰＴＦＥ條帶（如圖１－３所示），然后在一定的溫度條件下讓接觸界面上的兩層逡逑膜發(fā)生黏結(jié)，制備的復(fù)合膜不僅具有很好的界面結(jié)合力，很好的避免了功能層逡逑的脫落。而且在多孔基膜的支撐作用個使得復(fù)合膜具有較高的膜拉伸斷裂強(qiáng)力逡逑和爆破強(qiáng)度［５６］。逡逑圖１－３平板膜包纏中空纖維膜示意圖％逡逑？邐．邐［５５］逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｈｏｌｌｏｗ邋ｆｉｂｅｒ邋ｍｅｍｂｒａｎｅ邋ｗｒａｐｐｅｄ邋ｂｙ邋ｆｌａｔ邋ｍｅｍｂｒａｎｅ逡逑１．３．２編織管增強(qiáng)型中空纖維膜逡逑
【學(xué)位授予單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ051.893

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