SDBS溶液和DEA溶液对疏水微孔膜的浸润研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:g19801218
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疏水性微孔膜目前已成功应用于气体吸收、膜蒸馏等膜接触器。在膜接触器中,疏水性微孔膜为气-液两相的界面提供支撑,使两相能有效接触而互不掺混。正常操作时,膜孔内充满了气体而溶液不能进入。然而,若溶质成分表面张力较低,液体则会进入膜孔道,也就是发生膜浸润。由于气体组分的在液相中扩散速度,远远小于在气相中,所以液体在膜孔内积累,会导致膜相阻力增大,总传质系数和传质通量下降。膜浸润现象是溶液与膜材料相互作用的结果,其中蕴含着重要的且具有重大探索价值的科学问题。本工作将材料为聚偏氟乙烯(PVDF)的平板膜和中空纤维膜浸泡于十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和二乙醇胺(DEA)两种溶液中,直接观测膜重量随时间的变化关系,研究膜浸润过程;考察了溶液温度、浓度、是否与空气连通、溶液与膜的接触形式等因素对浸润过程的影响。实验结果表明:两种溶滴在PVDF平板膜表面均发生从不可润湿到可润湿的变化;DEA溶液和SDBS溶液对PVDF膜的浸润均为自发过程,两者的区别是,前者存在溶胀,而后者不存在溶胀;由于孔径存在一定分布,因此膜浸润的速度并非一成不变,而是呈现先快后慢的明显差异;在一定范围内,提高溶剂的浓度和温度均会促进微孔膜的浸润,而当SDBS浓度高于临界胶束浓度CMC时,浸润会随浓度升高略有减缓;膜孔与空气联通时,因其气相阻力小,相同时间的浸润程度更高。因此,在DEA溶液膜吸收酸性气体等实际操作中,适当降低吸收剂的温度和浓度以及合理提升气相压力,有助于减缓浸润进程。疏水微孔膜的浸润是自发过程。溶液中的溶剂分子在三相线处向气固界面迁移铺展,形成前驱膜,前驱膜覆盖在气固界面上,增加了该处气固界面的表面张力,导致接触角减小,低于90°时,浸润得以发生。本工作详细的阐述了浸润过程的可能发生的微观行为、成因、推动力等,将分子传质、接触角变化等方面考虑进入浸润机理,且提出了Washburn方程的优化猜想,以供后继研究者获得更为准确的浸润方程。
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