高疏水PVDF微孔膜的性能！
導讀:聚偏氟乙烯是一種優(yōu)良的膜蒸餾用膜材料，本文天津津騰實驗設備有限公司利用非溶劑相轉化法制備具有表面微納米顆粒結構的高疏水甚至超疏水PVDF膜，主要考察了凝固浴的組成以及預
來源：未知
發(fā)布日期：2019-08-08 10:18【大 中 小】
目前，約90%的燃料乙醇是通過生物發(fā)酵制備，但是采用這種方法制備的乙醇濃度一般只有1%~15%，采用傳統(tǒng)的精餾法分離能耗高，而且產物乙醇對酵母有抑制作用.因此，國內外研究者先后提出了汽提、吸附、滲透汽化膜分離和膜蒸餾等分離方法.其中，膜蒸餾法是采用疏水微孔膜以膜兩側蒸汽壓力差為傳質驅動力的膜分離過程，即用具有較高溫度的物料與疏水高分子微孔膜接觸，揮發(fā)組分在料液側膜表面蒸發(fā)，蒸汽在膜兩側蒸汽壓差的作用下通過膜孔，在膜滲透側蒸汽冷凝收集。
膜蒸餾過程的分離機理決定了所用膜為疏水微孔膜，使用過程要避免膜孔被料液潤濕穿透而失效。聚四氟乙烯（PTFE）和聚偏氟乙烯（PVDF）是兩種著名的疏水性膜材料，尤其PTFE疏水性強，但因缺乏溶劑無法用NIPs法成膜，通常通過高溫擠壓拉伸法制得的膜其孔型不僅不規(guī)整，而且孔徑分布較寬，存在被含乙醇料液潤濕而穿透的風險.而PVDF可通過NIPs法制備成一種孔型相對規(guī)整的微孔膜，可調的成膜因素較多，但其材料固有的疏水性不如PTFE，膜孔被含乙醇料液潤濕而穿透的概率高，難以滿足該體系膜蒸餾的要求.本文天津津騰實驗設備有限公司通過添加惰性溶劑和改變凝固浴等條件調控PVDF膜的結構，以期制備出具有球形微納米粗糙結構的PVDF高疏水甚至超疏水膜，并將其應用到膜蒸餾分離生物質發(fā)酵乙醇體系中，希望為后期的生物質燃料發(fā)酵與膜蒸餾耦合過程的進一步研究奠定基礎。
1.膜的表征
1.1接觸角測量
在室溫下，分別以去離子水和質量分數5%的乙醇/水溶液為測試液體，使用接觸角測量儀測量膜表面接觸角，液滴體積為0.2μL，注射速度為5μL/s，液滴滴在膜表面10s后抓拍照片，通過系統(tǒng)軟件計算接觸角的大小.在同一膜片的5個不同位置進行平行測量得到的平均值，即為該膜的接觸角。
1.2sEM表征
膜樣品表面經噴濺鍍金后，用冷場發(fā)射掃描電鏡3.0kv下掃描表面或斷面獲取電鏡照片。
1.3膜孔徑及孔徑分布測試
將膜剪切成直徑為25mm的圓型樣品，在潤濕液（表面張力16dyn/cm）中充分浸潤，采用泡壓法濾膜孔徑分析儀測量膜孔徑分布，同時利用測量干膜階段所得到的氮氣滲透量隨壓力變化關系，表征膜的氣體滲透性能。
1.4液體穿透壓的測量
液體穿透壓（Lep）的大小是衡量膜蒸餾中膜孔是否容易潤濕而引起分離因子降低的重要因素.通過自制的裝置測量，在不銹鋼過濾杯中裝上膜片，加入少許純水，確保杯內至少三分之二容積內為氣體，連接氣壓瓶，以高精度壓力傳感器檢測杯內氣體壓力，逐次加壓，每次加壓后等待5min，直至有水滴滲出，對應的表壓即為Lep，取3次的平均值。
2結論
采用非溶劑致相分離法，天津津騰實驗設備有限公司通過調控膜的形貌結構及孔徑制備出符合膜蒸餾分離需求的PVDF微孔膜，得到以下結論：
(1）通過向鑄膜液中添加惰性溶劑添加劑，并調節(jié)凝固浴的組成，調節(jié)鑄膜液在凝固浴中微相分離程度，依靠緩慢的相轉化速度和PVDF群組的“早期沉淀”形成了表面具有微納米球狀粗糙結構的超疏水膜.當凝固浴中NMP體積分數達到68.5%時，膜的接觸角達到140°~152°，具備高疏水甚至超疏水性。
(2）預蒸發(fā)時間對膜的疏水性、孔徑、孔隙率、穿透壓均有影響。
(3）由于PVDF材料自身的疏水性質和膜粗糙的表面結構，賦予膜優(yōu)異的疏水性，同時具有較小的孔徑，膜的滲透選擇性得到提高，從而對菊芋多糖發(fā)酵液等含乙醇水溶液體系表現出了優(yōu)異的膜蒸餾分離性能。
