基于PTFE中空纤维膜的真空膜蒸馏脱盐研究

【摘要】膜蒸馏（MD）是一种高效、节能的分离技术。MD过程为在膜两侧蒸气压差的作用下，料液中的水蒸气透过膜孔，到达冷侧并被冷凝成液态水，其他组分被疏水微孔膜阻挡在料液中，从而实现混合物分离或提纯的目的。MD可用于海水淡化、工业废水的处理和物质浓缩。与其他的分离技术相比，MD具有截留率高、投资成本低、操作简单等优势，因此被认为是一种很具有商业化应用前景的技术。MD过程中最关键的是耐高温的多孔疏水膜材料。聚四氟乙烯（PTFE）具有良好的疏水性、化学和温度稳定性等优点，是膜蒸馏的理想材料。本文以推压-膨化-烧结法制备聚四氟乙烯（PTFE）中空纤维膜，并把所制得的膜用于VMD氯化钠溶液和海水脱盐过程。在压缩比一定时，控制挤出头的尺寸（内径：0.80~1.1mm，外径：1.60~2.30mm）可制备壁厚为0.40~0.70mm的中空纤维膜；控制拉伸倍数（1.7~2.8倍）可制备泡点为0.085~0.130MPa的中空纤维膜。在MD实验研究中，设计和制备了浸没式真空膜蒸馏（SVMD）膜组件。研究了膜的结构、操作条件及膜组件因素对SVMD性能的影响。结果表明：减小膜壁厚度可增大通量；泡点小于0.10MPa时，通量随泡点压力增加而增大；泡点大于0.10MPa时，通量随泡点压力的增加而降低。提高料液的温度、降低真空度都可以增大膜通量。在料液温度为75℃时，通量随曝气量的增加而增加，曝气量到达6m3/h·m2时，通量出现峰值8.87kg/m2·h，曝气量再增加时，通量降低；料液中NaCl浓度增加，膜通量降低；膜组件因素对通量的影响较小。整个过程中，最高通量可达10.86kg/m2·h，脱盐率均高于99.9%。通过连续800h的VMD实验测试PTFE中空纤维膜的稳定性。实验结果表明：膜在工作800h后仍具有较好的疏水性，在100h后通量稳定在4kg/m2·h左右，截留率均高于99.9%。中空纤维膜的通量恢复测试实验结果表明：长时间工作后，膜的微观结构会发生变化；膜在被污染后，经过简单的酸洗和烘干能恢复膜通量。在试验研究的成果基础上，进一步设计、研制和运行了一套VMD和太阳能多效空气间隙式膜蒸馏（AGMD）装置，其组件膜面积达1m2，对3%的NaCl溶液进行脱盐实验。在料液温度为75℃时，VMD装置通量达10kg/m2·h，太阳能多效AGMD装置的平均通量为2~3kg/m2·h，且脱盐率均高于99.9%。运行过程中太阳能多效AGMD装置以其低能耗（每吨水的能耗9kW·h左右）的优势显示出了较好的应用潜力。
【作者】王红杰；
【导师】陈建勇；郭玉海；
【作者基本信息】浙江理工大学，材料学，2014，硕士
【关键词】PTFE；中空纤维膜；VMD；脱盐；

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