新型高强度亲/疏水复合膜制备及其场强化膜蒸馏耦合技术机理研究

项目针对目前中空纤维膜机械强度低、疏水性差及膜污染等制约膜蒸馏技术工业化推广应用的瓶颈问题，依据国内外最新发展趋势，结合申请者及所在课题组已有研究成果，开展新型高强度亲/疏水复合膜制备及其场强化膜蒸馏耦合技术机理研究。研制以亲水性聚酯纤维编织管为内衬的聚偏氟乙烯(PVDF)纳米复合膜，实现中空纤维膜支撑层与功能层的分离，提高膜机械强度；通过PVDF与纳米粒子共混的方式，优化分离功能层物理结构与表面疏水性能；开发纤维内衬增强非溶剂致相转化法纺丝新工艺，制备出机械强度高、膜通量大、表面疏水性强的新型亲/疏水复合膜，构建以自制复合膜组件为核心的超声场强化膜蒸馏反应器，利用超声场在膜蒸馏过程中的阻垢效应与强化传质效应，形成高效膜蒸馏耦合集成技术。深入探讨亲/疏水复合膜制备相转化机理与超声场强化膜蒸馏技术耦合机制，为开发新型中空纤维复合膜及高效膜蒸馏耦合技术系统的建立提供科学依据与技术支持。

项目在2012年开始到2014年三年的执行期间内，针对传统高分子聚合物中空纤维膜机械强度低、疏水性差及膜污染等制约膜蒸馏技术工业化推广应用的瓶颈问题，开展了新型高强度亲/疏水复合膜制备及超声场强化膜蒸馏耦合技术机理研究。系统考察了溶剂、固含量、添加剂及无机纳米粒子等对中空纤维膜结构及性能的影响，建立了基于无机-有机混合型添加剂的铸膜液体系，制备出纳米粒子增强型PVDF中空纤维疏水复合膜；开发了以亲水聚酯材料为基衬的PVDF亲/疏水复合膜，复合膜突破了传统意义上支撑层与功能层集于膜本体的限制，不仅膜机械强度得到了增强，而且支撑层与功能层厚度、膜形貌结构等均具有可控性，可显著提高膜分离性能；将超声波与膜蒸馏分离技术耦合，构建了可实现在线式连续运行的超声强化膜蒸馏新工艺，研究表明超声强化在膜蒸馏过程中具有较强的阻垢效应与强化传质效应。综上所述，项目所取得的研究成果可为开发面向膜蒸馏过程的新型复合膜材料及高效膜蒸馏耦合工艺的建立提供坚实的科学依据与技术支持。