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摘 要

聚偏氟乙烯（PVDF）是一种具有优良化学稳定性和热稳定性的半结晶性聚合物。以聚偏氟乙烯（PVDF）为主要原料，制备一种内衬增强型中空纤维膜，来改善传统中空纤维膜在实际使用过程中，因工作条件下混合液的剧烈扰动及冲击力而存在机械强度差，易断丝等不足。本课题以聚对苯二甲酸乙二醇酯 （PET）编织管为膜内部支撑层，PVDF为膜材料，聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为制孔剂，利用非溶剂诱导相分离法（NIPS）制备得到内衬增强型中空纤维膜。对不同凝固浴温度及浓度条件下所制备的内衬膜的纯水通量、泡点、爆破压力、膜污染等进行了表征，并通过扫描电子显微镜（SEM）观察膜孔分布及形貌，对制备过程中凝固浴工艺条件进行了优化。

关键词：聚偏氟乙烯；内衬膜；凝固浴

Coagulation bath properties affect the performance of PVDF membrane lining

Abstract

Poly (vinylidene fluoride) (PVDF) is a excellent chemical stability and thermal stability of semi crystalline polymer. Employing PVDF as main material, reinforced hollow fiber membrane was fabricated to improve the traditional hollow fiber membrane in the actual use process, because of job conditions, the mixture of disturbance and severe impact and poor mechanical strength, easy to broken wires, etc. This topic with polyethylene terephthalate (PET) braided tube for the inside of a membrane support layer, PVDF membrane materials, polyvinylpyrrolidone (PVP) as the pore system, using the nonsolvent induced phase separation (NIPS) lined with enhanced hollow fiber membrane preparation. With different concentration of coagulation bath temperature and under the condition of the preparation of the pure water flux of the inner film, bubble point were characterized, burst pressure, membrane pollution, and through the scanning electron microscope (SEM) observation of film hole distribution and morphology, in the process of preparation of coagulation bath process conditions were optimized.

Key words: poly (vinylidene fluoride）, inner membrane, coagulation bath

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1.研究背景 1

1.2.分离膜概述 1

1.2.1 分离膜概念 1

1.2.2分离膜的分类 1

1.2.3分离膜的制备 3

1.3.膜分离技术及膜生物反应器（MBR） 4

1.3.1膜分离技术 4

1.3.2膜生物反应器（MBR） 5

1.4. PVDF内衬增强型膜研究进展 6

1.5.课题提出及制作思路 8

第二章 实验部分 10

2.1 实验试剂及仪器 10

2.1.1实验试剂 10

2.1.2实验仪器及装置 10

2.2实验内容 11

2.2.1 铸膜液的配制 11

2.2.2 PVDF内衬增强型膜的制备 11

2.3 PVDF内衬增强型膜的制备性能测试 12

2.3.1纯水通量的测定 12

2.3.2泡点的测定 12

2.3.3 爆破强度的测试 13

2.3.4 孔径分布测试 14

2.3.5膜表面及断面结构测试 14

2.3.6膜污染测试 14

第三章 结果与讨论 15

3.1 凝固浴温度浓度对PVDF增强型膜纯水通量的影响 15

3.2凝固浴温度浓度对PVDF增强型膜泡点的影响 15

3.3凝固浴温度浓度对PVDF增强型膜爆破强度的影响 16

3.4凝固浴温度浓度对PVDF增强型膜孔径分布的影响 17

3.4.1平均孔径 17

3.4.2 孔径占比 18

3.5凝固浴温度浓度对PVDF增强型膜表面及断面结构的影响 20

3.6凝固浴温度浓度对PVDF增强型膜污染情况的影响 23

3.6.1葡聚糖膜污染 23

3.6.2BSA体系膜污染 23

第四章 结论 25

参考文献 26

致谢 28

第一章 文献综述

1.1.研究背景

近年来，在国家工业化发展的同时，也同样面临着水资源的浪费、污染、极度缺乏等问题。尽管如此，超负荷的利用，肆意排放的现象仍然存在，针对这些问题，合理且优良的废水处理技术显得尤为重要。传统的废水处理方式（如活性污泥法、厌氧法等），虽被广泛应用，但由于自身在废水处理过程中存在出水质量较差，工程规模占地大，抗冲击能力弱，处理周期长等因素，已很难达到社会需求。与之相比，随着膜分离技术的发展，让这种方式新且效率高的分离技术得以应用在环境保护，化学、生物、能源工程等多个科学领域中^[1]。

1.2.分离膜概述

1.2.1 分离膜概念

分离膜是指能够以特有的方式对流体所含组分分隔为两相或将其中两组分进行限制和传递的一种具有选择性透过功能的一种特殊的薄层物质。它的组态形式包括固态分离膜^[2]，以及液态分离膜，所以它即能够用于分隔固态的流体物质，也可用于分隔气态的流体物质。对于经过膜的流体内部的各类组分物质，分离膜特有的选择性能只会让一种或几种组分透过，这样进一步纯化了所需分离的组分。随着膜工艺的逐渐发展，相继研发出微滤膜、反渗透膜、超滤膜、气体膜分离等具备先进技术的分离膜，并且将它们广泛应用于工业、市政及各个行业。分离膜在在高效的除去流体内杂质的同时，既能够收集到所需的产物，也能够保证其原有的环境体系。

1.2.2分离膜的分类

1.2.2.1按照应用范围分类

1. 微滤膜（MF）：微滤膜孔径大小为0.05-20μm，操作压力为0.01-0.5MPa，主要用于截留悬浮液、细菌、部分病毒及大尺寸胶体^[3]。它的分离原理主要为筛分截留，筛分性能一般由孔径大小、孔径的分布还有孔隙率决定。微滤膜拥有过滤精度高、表面孔隙率高、厚度小等特点。
2. 超滤膜（UF）：孔径规格一致，额定孔径范围在0.001-0.02μm，操作压力为0.1-0.5MPa，超滤膜组件和装置的工业化都应用较早，多用于生物、医药、食品工业中的分离和纯化过程，也在血液或废水的处理中起到举足轻重的作用。它更是超纯水在制备中终端的处理装置^[4]。

3）纳滤膜（NF）：该膜的孔径基本为1-2nm之间，操作压力小于1MPa。它的功能性在于，即允许溶剂分子通过半透膜也允许某些离子或者具有低分子量的溶质透过半透膜^[5]，它对于有机物的截留能力保证在其分子量高于150且低于500，并能截留下2-98%的溶解性盐。因此，纳滤膜常用于地下水的有机物去除、色度和硬度调节，重金属回收，还可用于药物的提纯、发酵液浓缩等。

4）反渗透膜（RO)：当实际压力高于溶液渗透压时，其他物质无法透过半透膜，而水仍然可以，就是由于这种原理，这样把水和无法透过膜的物质分开^[6]。作为膜分离过程中最精细的产品，它能截留的物质或颗粒一般大于0.00001微米，它让水分子通过的同时，基本截留下所有的分子量大于100的有机物，包括溶解盐份。

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