新型PVDF复合膜的制备及其膜蒸馏耦合技术原理研究

新型高强度、大通量、功能型膜材料及其应用技术是国内外膜和环境科学领域研发的热点。本项目针对膜蒸馏用膜应用过程中面临的关键问题，开展TiO2/PVDF亲水膜与PVDF疏水膜复合的中空纤维膜制备及微波辅助光催化膜蒸馏过程（MPMD）技术原理的研究。通过铸膜液配方与纺丝工艺参数的优化与复合膜理化性能的表征，纺制具有高强度、高通量、自清洁功能的复合光催化膜蒸馏用膜，研究探讨复合膜理化结构特征对光催化与膜蒸馏性能的影响，进一步开展MPMD耦合技术原理的研究，并通过长周期MPMD过程的研究，考察微波辅助、光催化效应对膜蒸馏过程的影响，对复合膜的热稳定性、光催化与膜蒸馏性能进行综合评价。为MPMD技术的放大与工业化应用提供科学依据与理论研究基础，并扩展膜蒸馏技术应用领域。本项目对丰富与发展膜科学理论和技术，解决高盐高浓工业有机废水回用处理技术难题，不仅具有十分重要科学意义，而且具有显著的实际应用前景。

新型高强度、大通量功能膜材料及其应用技术是国内外膜和环境科学领域研发的热点。本项目针对膜蒸馏用膜应用过程中面临的关键问题，开展纳米离子增强型聚偏氟乙烯（PVDF）疏水膜复合中空纤维膜的制备及微波辅助光催化膜蒸馏过程（MPMD）技术原理的研究。通过铸膜液配方与纺丝工艺参数的优化与复合膜理化性能的表征，纺制具有高强度、高通量复合膜蒸馏用膜，研究探讨复合膜理化结构特征对膜蒸馏性能的影响，进一步开展MPMD耦合技术原理的研究，并通过长周期MPMD过程的研究，考察微波辅助、光催化效应对膜蒸馏过程的影响，对复合膜的膜蒸馏性能进行综合评价。本项目取得了如下创新性成果：.1.详细地研究并考察了PVDF中空纤维疏水膜纺丝工艺，优化了铸膜液固含量、无机盐添加剂、小分子非溶剂、大分子有机水溶性聚合物、纺丝工艺参数、凝胶介质温度与组成对中空膜结构与形态的影响。结果表明采用新型铸膜液体系制得的中空纤维疏水膜具有超薄皮层结构、狭窄的孔径分布、较小的传质阻力、较高通量及较高截留率。.2.开展了纳米粒子改性力学增强型PVDF中空纤维复合膜制备工艺研究。系统考察了溶剂、固含量、无机纳米粒子、非溶剂添加剂、气隙长度、凝胶浴组成与温度等因素对中空纤维膜结构及性能的影响，成功制备了通量较高、盐截留效果好、疏水性强的增强型PVDF 中空纤维疏水复合膜。详细研究了无机纳米粒子加入量及不同后处理方式对PVDF 复合膜结构特征与膜性能的影响，无机纳米粒子的加入可有效改善PVDF 中空纤维膜的机械性能，复合膜的最大拉伸应变可达140.67%，抗拉强度提高到6.13 MPa，酸洗后处理具有一定的扩孔作用，可增加膜通量约15%；不同后处理过程对复合膜的机械性能影响轻微。.3、MPMD工艺处理煤制气废水SBR出水及印染废水的实验结果表明：(1) 膜蒸馏对于煤制气废水SBR出水的COD去除率达到96 %；通过酸化处理料液后，氨氮去除率达到98 %，达到了工艺循环补充水水质标准；微波作用能使膜润湿快速干燥，光催化作用能有效降解膜面的污染物，使膜蒸馏系统运行稳定；(2) 微波辅助光催化膜蒸馏处理印染废水的COD降解率达86.3 %，污染物截留效果好，产水COD低，水质良好，可实现废水重复利用。