高通量、耐污染超疏水蒸馏膜材料的制备及应用基础研究

膜蒸馏具有低能耗、出水纯净、操作简单和低排放的优势，被认为是继反渗透之后的下一代海水淡化技术。膜蒸馏的低通量和不耐污染特性是制约膜蒸馏实现工业化应用的关键问题。研发新型蒸馏膜材料，提高膜的通量和耐污染性是解决膜蒸馏发展的瓶颈、促进膜蒸馏产业化进程的重要研究方向。本课题从膜材料的结构设计出发，通过双层刮膜技术控制膜表面结构和表面粗糙度，优化膜材料孔径和孔分布、孔结构的连通性；采用等离子体表刻蚀结合表面改性技术获得具有超级疏水表面的膜材料。通过直接接触式膜蒸馏过程对膜的渗透性能、盐截流率、耐污性和长期操作稳定性进行评价，研究孔结构、孔径分布、孔的连通性、表面接触角、LEP值与膜的渗透通量和抗污染性间的关系，制备出高通量、耐污染、长期运行稳定的超疏水膜材料。本课题的工作成果将极大地丰富膜蒸馏膜材料的制备和应用基础理论，对于促进蒸馏膜的产业化具有重要的科学意义和实际应用价值。

水资源、能源和环境污染已经成为全球性问题。膜分离技术作为一种新颖高效、环境友好的分离技术，已经成为解决这些重大问题的关键技术。膜蒸馏将膜过程与蒸馏过程有机融合在一起，其出水纯净、操作简单，具有其他分离过程无法比拟的优势；然而低通量和不耐污染是膜蒸馏实际应用的关键问题。.本课题提出了超疏水表面构建的思路，采用CF4表面改性技术将粗糙膜表面疏水化得到超疏水膜蒸馏膜材料；同时建立模型传质传热模型，从理论上揭示膜通量与膜结构和表面物性之间的关系；提出了超疏水表面有效面积增加从而水通量增加的理论；此外，我们还发现超疏水膜材料具有抗污染、抗润湿的优势。.结果表明，商业化聚偏氟乙烯微孔膜经过CF4等离子体改性后，水接触角从130 o 提高到162o, 水通量提高30%。传质传热模型模拟发现，表面开孔率增加和疏水性提高，导致有效蒸发面积增加，从而膜蒸馏水通量提高。在此理论指导下，选用双凝胶浴法制备微滤膜，经过实验与模拟计算发现膜蒸馏水通量与膜孔的曲折因子相关；降低曲折因子可有效地提高膜蒸馏的性能。另外，实验表明超疏水膜性能明显优于疏水膜，抗乙醇溶液和乳化油废水润湿性更强。研究中还发现，在膜未润湿且溶液未达到饱和结晶时，膜蒸馏微孔膜存在漏盐现象，机理尚待完善。.通过本课题的研究，为高通量、稳定、耐污染的膜蒸馏膜的研制提供了新的理论，建立了新的研究方法，为膜蒸馏走向实际应用奠定了理论基础。