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增强型中空纤维膜界面结合状态的研究

高分子学报 2013年第12期23卷 1545-1552页

作者：白倩倩肖长发张旭良黄庆林胡晓宇天津工业大学材料科学与工程学院中空纤维膜材料与膜过程省部共建国家重点实验室培育基地天津300387

分别以熔融纺丝-拉伸法聚偏氟乙烯（PVDF）中空纤维基膜和二维编织技术制备的聚丙烯腈（PAN）纤维中空编织管为增强体,以6 wt%~18 wt%的PVDF溶液和10 wt%的PAN溶液为铸膜液,通过共挤出纺丝技术,制备了四种增强型中空纤维膜,即同质增强型... 详细信息

分别以熔融纺丝-拉伸法聚偏氟乙烯（PVDF）中空纤维基膜和二维编织技术制备的聚丙烯腈（PAN）纤维中空编织管为增强体,以6 wt%~18 wt%的PVDF溶液和10 wt%的PAN溶液为铸膜液,通过共挤出纺丝技术,制备了四种增强型中空纤维膜,即同质增强型PVDF、PAN中空纤维膜和异质增强型PVDF、PAN中空纤维膜.由于在膜生物反应器（MBR）系统扰动震荡环境和膜反洗过程中增强型中空纤维膜对于其界面结合强度的需求远大于其对拉伸强度的要求.因此,借助溶解度参数法和超声震荡法分析和讨论表面分离层与增强体之间的界面结合状态,不但为MBR系统中膜的选择提供更好的参考依据,也为增强型中空纤维膜界面结合提供一种全新的表征方法.结果表明,同质增强型中空纤维膜的界面结合状态明显优于异质增强型中空纤维膜,受相同超声震荡作用后,前者的水通量变化较小,而后者因界面结合状态较差,已发生界面损伤或剥离,导致膜的水通量变化较大.同时,PVDF中空纤维膜基膜作为增强体较由PAN纤维中空编织管作为增强体制备的增强型中空纤维膜界面结合更好,状态更稳定.

关键词： PVDF PAN 增强型中空纤维膜超声波界面结合

增强型中空纤维膜的制备及其机织物吸声性能研究

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增强型中空纤维膜的制备及其机织物吸声性能研究

作者：杨泉安徽工程大学

学位级别：硕士

工业与科技的发展为人类社会带来了便捷,但随之而来的污染问题也日益严重。噪声污染作为新时代四大污染之一,对人类社会造成了不可逆转的巨大危害。为了缓解噪声问题,新型高效吸声材料的研发刻不容缓。本文以氯化聚氯乙烯(CPVC)为原材料... 详细信息

工业与科技的发展为人类社会带来了便捷,但随之而来的污染问题也日益严重。噪声污染作为新时代四大污染之一,对人类社会造成了不可逆转的巨大危害。为了缓解噪声问题,新型高效吸声材料的研发刻不容缓。本文以氯化聚氯乙烯(CPVC)为原材料,基于编织管增强型中空纤维膜多孔-共振结构机理,创新性地将纤维膜制备成机织物,让中空纤维膜与传统纺织相结合,开发了新型吸声材料,重点考察了中空纤维膜膜层影响因素、中空纤维膜绕丝牵伸速度、机织物组织结构、非织造布复合方式和背后空腔对吸声性能的影响。具体做了以下研究:首先,以平板膜为对象,考察增强型CPVC中空纤维膜膜层吸声系数的影响因素,分别考察了聚合物浓度、添加剂种类、添加剂含量和凝固浴温度对平板膜吸声系数的影响,并通过Design Expert软件对实验结果进行响应面优化,得出最优的制备条件为:聚合物CPVC浓度为16.96 wt%,添加剂PEG含量为15.41 wt%,凝固浴温度为30.03℃,预测值为0.037。此条件下通过试验得到的实际吸声系数α为0.036,与预测值只相差2.70%,实验值与预测值吻合度较高,表明该模型可有效地指导和预测此实验的吸声系数。然后,通过干-湿法纺丝的方法制备了增强型CPVC中空纤维膜,考察了不同绕丝牵伸速度(20 Hz-40 Hz)对增强型CPVC中空纤维膜及其机织物结构和性能的影响,探究了不同织物组织结构(平纹、斜纹、缎纹)对机织物吸声性能的影响,结果发现:吸声系数曲线为中间高两边低,出现了吸声系数峰值,符合共振吸声材料的特性,当绕丝牵伸速度为20 Hz,且织物组织结构类型为二上二下斜纹时,增强型CPVC中空纤维膜机织物的综合吸声性能最佳,最大吸声系数达到0.940,平均吸声系数达到0.294,吸声频带宽度达到了1754.67 Hz。最后,通过将增强型CPVC中空纤维膜机织物与非织造布复合来提升材料的吸声性能,研究不同非织造布的复合方式以及不同背后空腔深度对复合结构吸声性能的影响,并将复合吸声材料制备成吸音箱模型,结果发现:3层非织造布+1层增强型CPVC中空纤维膜机织物(3NW+1W)的复合方式具有较好的吸声性能,最大吸声系数为0.945,平均吸声系数达到了0.395;当背后空腔深度设置为40 mm时,最大吸声系数在声波频率为500 Hz时达到了0.952,平均吸声系数为0.467,此时的低频平均吸声系数达到了0.357,显著提高了低频处的吸声效果;在吸音箱模型中噪声平均值减小了25.74%,表明此空腔深度下的复合材料具有良好的吸声性能。将中空纤维膜与传统纺织相结合,制备具有高吸声性能的新型复合吸声材料,具有极大的开发价值和广阔的应用前景。

关键词：吸声材料氯化聚氯乙烯增强型中空纤维膜机织物吸声性能

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增强型纤维素中空纤维膜的研究

功能材料 2014年第11期45卷 11132-11136,11139页

作者：凡祖伟肖长发黄庆林张旭良天津工业大学中空纤维膜材料与膜过程省部共建国家重点实验室天津300387

采用二维编织技术将二醋酸长丝制成中空管状编织物,以NMMO/DMSO混合物为溶剂,以水溶性聚合物为成孔剂,调制浓度为4%(质量分数)的纤维素铸膜液,采用共挤出纺丝技术制备了以中空管状编织物为增强体、纤维素为表面分离层的增强型纤维素中... 详细信息

采用二维编织技术将二醋酸长丝制成中空管状编织物,以NMMO/DMSO混合物为溶剂,以水溶性聚合物为成孔剂,调制浓度为4%(质量分数)的纤维素铸膜液,采用共挤出纺丝技术制备了以中空管状编织物为增强体、纤维素为表面分离层的增强型纤维素中空纤维膜(RC膜)。研究结果表明,混合溶剂中DMSO的加入降低了铸膜液黏度,提高了膜的纯水通量;随凝固浴温度提高,表面分离层中海绵状孔结构变得松散,膜的纯水通量提高,向凝固浴中加入DMSO对膜通透性能的影响相对较小;从改善膜的通透性角度出发,添加成孔剂聚乙二醇优于聚乙烯吡咯烷酮;RC膜的力学性能在很大程度上取决于增强体;为保持增强体与表面分离层之间较好的界面结合状态,膜应在湿态下保存。

关键词：中空管状编织物纤维素混合溶剂增强型中空纤维膜

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增强型中空纤维膜生物反应器处理污水

环境工程学报 2016年第1期10卷 27-32页

作者：赵微肖长发权全胡晓宇环国兰天津工业大学中空纤维膜材料与膜过程省部共建国家重点实验室培育基地天津300387

纤维编织管增强型中空纤维膜具有很强的力学性能、界面结合能力,采用纤维编织管增强型中空纤维膜生物反应器处理生活污水,研究纤维编织管增强型中空纤维膜(PAN-PVDF)长期运行的出水水质,并通过对其进行化学清洗考察膜的再生性能及其污... 详细信息

纤维编织管增强型中空纤维膜具有很强的力学性能、界面结合能力,采用纤维编织管增强型中空纤维膜生物反应器处理生活污水,研究纤维编织管增强型中空纤维膜(PAN-PVDF)长期运行的出水水质,并通过对其进行化学清洗考察膜的再生性能及其污染机理。研究表明:PAN-PVDF在运行、清洗过程中表现出很强抗污染能力,可以强化COD的去除,进一步降低出水COD含量,但对NH3-N和TP的去除贡献较小,将其用于膜生物反应器处理生活污水具备可行性;将污染后PAN-PVDF先浸于1wt%柠檬酸后浸于0.3wt%NaClO的清洗顺序获得最佳清洗效果,表明膜表面污染层是由以有机物为主的内污染层和以无机物为主的外污染层构成。

关键词：增强型中空纤维膜膜生物反应器生活污水膜污染膜清洗

PMIA中空纤维膜污染机理及其MBR工艺处理污水研究

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PMIA中空纤维膜污染机理及其MBR工艺处理污水研究

作者：柴俪洪天津工业大学

学位级别：硕士

本文选取溶液纺丝法制得的聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)中空纤维膜和同质纤维编织管增强型(简称"增强型")PMIA中空纤维膜为研究对象,以碳酸钙悬浮液、活性污泥混合液以及蛋白溶液作为料液,采用标准堵塞过滤和沉积过滤数学模型判断膜污染... 详细信息

本文选取溶液纺丝法制得的聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)中空纤维膜和同质纤维编织管增强型(简称"增强型")PMIA中空纤维膜为研究对象,以碳酸钙悬浮液、活性污泥混合液以及蛋白溶液作为料液,采用标准堵塞过滤和沉积过滤数学模型判断膜污染类型,通过膜孔径分布、料液粒径分布、膜阻力分布测试进行验证。研究结果表明,当料液为碳酸钙悬浮液和活性污泥混合液时,两种膜符合沉积过滤污染类型;当料液为蛋白溶液时,两种膜均较符合膜孔堵塞污染类型。相同操作条件下,活性污泥混合液造成的两种膜污染最严重。同时,吸附性能和污染后物理清洗效果表明,造成增强型PMIA中空纤维膜的物理不可逆污染更易去除。将溶液纺丝法PMIA中空纤维膜(M1)和增强型PMIA中空纤维膜(M2)组件置于膜生物反应器中模拟处理城市生活污水,研究两种膜过滤性能,借助场发射扫描电镜和特征X射线能谱仪对比分析水力反冲洗和化学清洗效果。结果表明,二者的出水水质均较好,COD、NH4+-N去除率达95%以上,TP去除率达67%以上;无论哪种清洗方式,M2的TMP恢复率均高于M1,M2抗污染性强于M1,M1、M2一次水力反冲洗后TMP恢复率分别为49.12%、80.43%,二次水力反冲洗后TMP恢复率分别为34.37%、50.00%,化学清洗后TMP恢复率分别为65.52%、90%;当污染程度加重时,化学清洗后膜表面形貌更接近于原膜,清洗效果优于水力反冲洗。将M2置于膜生物反应器中处理含对硝基苯酚废水进行可行性研究;投加硫酸铝絮凝剂,观察TP去除效果;借助场发射扫描电镜和特征X射线能谱仪分析超声震荡膜清洗效果,讨论超声震荡时间对清洗效果影响,以得到针对M2来说最佳超声震荡清洗时间。结果表明,出水水质好,TOC、PNP、NH4+-N去除率分别为96.84%、91.09%、89.09%;投加硫酸铝絮凝剂后,TP去除效果明显,去除率高达87.21%;当超声震荡90 min时膜表面形貌更接近于原膜,清洗效果最佳。

关键词：聚间苯二甲酰间苯二胺溶液纺丝法增强型中空纤维膜膜污染膜生物反应器

PVC/PVDF共混滤膜的制备及其废水处理效能

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PVC/PVDF共混滤膜的制备及其废水处理效能

作者：梁肖阳哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

随着环境污染的加剧和水资源的日益枯竭,人们对水的循环再利用以及深度处理的呼声和要求也越来越高。但是传统的水处理技术已经难以满足现代人们对各种废水处理及回用的要求,而大量膜分离技术的应用使得这种情况得以改善。但是膜污染和... 详细信息

随着环境污染的加剧和水资源的日益枯竭,人们对水的循环再利用以及深度处理的呼声和要求也越来越高。但是传统的水处理技术已经难以满足现代人们对各种废水处理及回用的要求,而大量膜分离技术的应用使得这种情况得以改善。但是膜污染和制膜成本较高等问题阻碍了膜技术的应用,因此,本研究开发了低成本、抗膜污染的PVC/PVDF共混滤膜,并实现了工厂生产线生产,并对其性能特征和应用领域进行了探讨。PVC与PVDF在不同共混比例下制得了具有不同特征的滤膜,铸膜液中,PVC与PVDF总浓度为16%,PVC浓度为2%-10%时,二者为部分相容体系,所制得的膜孔径较大,具有典型的微滤膜的特征(平均孔径大约为0.5μm),而PVC浓度为0%、12%、14%、16%时二者相容性较好为完全相容体系,所制得得膜孔径较小,具有典型的超滤膜的特征(平均孔径大约为50 nm)。不同分子量和质量分数的PEG和纳米SiO的加入对PVC/PVDF共混滤膜产生的影响表明,这两种添加剂的加入均会提高膜的机械性能、亲水性能和抗污染性能等,加入PEG分子后PVC/PVDF共混滤膜的纯水通量提高了27%,而纳米SiO加入后,发现膜的纯水通量下降了36%,分析认为,加入的纳米SiO具有较高表面能,致使聚合物高分子的键链在相转化成膜的过程中不能被充分打开,从而导致了共混膜的平均孔径由0.16μm降低至0.06μm。在工厂中制备了PVC/PVDF增强型中空纤维膜及其组件,并对该膜生产过程中的张力机转速、计量泵转速、绕丝轮转速对成膜的影响进行了实验研究,结果表明,张力机与计量泵的转速越大制备的中空纤维膜的膜厚就越大,机械性能越好,纯水通量越低,绕丝轮的转速越大膜厚越小,机械性能越差,纯水通量越高,工厂生产设备最佳运行的参数为:张力机转速为43转/min;计量泵转速为19转/min;绕丝轮转速为15.5转/min。具有不同孔径特点的PVC/PVDF共混滤膜在不同的废水处理中表现出其独特的优势。平均孔径为0.2μm的PVC/PVDF共混滤膜处理含藻废水时,能够有效的实现微藻和废液的分离,对微藻的回收率达到了99%,并对废水中的大部分有机物的去除率保持在18.3%;平均孔径为66.38 nm的PVDF滤膜处理污泥上清液时,能够实现污泥混合液中泥水的分离,过滤通量保持在300 L/(m﹒h),并且经过PVDF滤膜处理后的水样中无细菌的检出;平均孔径为18.30 nm的PVC滤膜用于处理高色度废水,能够截留废水中的杂环和多环芳香族有机化合物并能够有效的降低其色度,对该废水中的大分子有机物的去除率达到了60%。

关键词：聚氯乙烯聚偏氟乙烯聚乙二醇纳米二氧化硅增强型中空纤维膜

纤维增强型中空纤维超滤膜组件制备及其净水性能研究

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纤维增强型中空纤维超滤膜组件制备及其净水性能研究

作者：郑磊哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

中空纤维超滤膜分离技术在水处理领域具有装填密度大,出水水质好,操作简便等优点;但是中空纤维也存在膜污染和机械性能差等缺点,严重限制了超滤膜技术的应用。因此,本论文首先制备了具有较高机械强度的增强型PVDF中空纤维超滤膜膜丝,并... 详细信息

中空纤维超滤膜分离技术在水处理领域具有装填密度大,出水水质好,操作简便等优点;但是中空纤维也存在膜污染和机械性能差等缺点,严重限制了超滤膜技术的应用。因此,本论文首先制备了具有较高机械强度的增强型PVDF中空纤维超滤膜膜丝,并制备了不同形式的膜组件,对比考察了不同组件在污水处理中出水水质及膜抗污染性能。进一步针对增强型中空纤维膜存在的膜层与内部支撑体界面结合力不足的缺点,探讨了提高界面结合力的方法。本实验确定最佳铸膜液配方为PVDF16%,PVP3%,PEG4%, DMAC77%。此配比所制的膜具有较好的机械强度和纯水通量,膜的拉伸强度达到了 319cN,纯水通量达到864L·h-1·m-2·bar-1。基于该配方,制备增强型中空纤维超滤膜,并对生产工艺中张力机、计量泵、绕丝轮转速对成膜性能进行优化;最终确定最佳的工艺参数为张力机转速为43r/min,计量泵转速为18r/min,绕丝轮转速为15r/min。将所制得的增强型PVDF中空纤维超滤膜和购买的中空纤维均质膜制备成U型膜组件和海藻型膜组件,并在同一膜生物反应器中运行,比较不同形式膜组件对膜丝使用寿命、抗污染性能及出水水质的影响。同时对相同形式膜组件中不同膜丝的使用寿命、抗污染性能及出水水质进行比较。研究结果表明,对相同膜丝来说,海藻型膜组件具有更好的抗污染性能,更长的使用寿命,这主要是因为海藻型膜组件膜丝抖动和摆动幅度大,可以减缓滤饼层的形成。对相同形式膜组件,均质膜抗污染性能和使用寿命小于增强膜。纤维增强膜为异质增强型,膜过滤层与内支撑体界面结合力不足,在实际使用过程中经常出现膜层从内支撑体表面剥离脱落的现象,为了提高膜层与支撑体之间的界面结合力,本研究对涤纶丝进行了碱液改性,使涤纶丝表面产生亲水的极性基团,显著改善涤纶丝表面亲水性,增强涤纶丝与膜层之间的界面结合力。经过改性后膜层与涤纶丝之间的粘附力增加到206.37N。

关键词：聚氯乙烯增强型中空纤维膜内部支撑体膜组件界面结合力