微模塑协同TIPS法iPP油水分离微孔膜及其污染行为研究

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随着环保意识的提高,一种有效处理油-水混合体系的方法被迫切需求。疏水性多孔膜可通过“除油”过程分离油-水混合体系。然而制备高效的、可用于分离含有表面活性剂的稳定油/水乳化液的疏水性油水分离膜依旧存在困难。并且,目前报道出的研究多集中于超疏水/超亲油膜材料的制备和油水分离性能表征,而对于疏水性膜材料表面微粗糙结构对油水分离性能的影响,以及对油水分离过程中不同污染物污染行为的影响,则尚无充分的研究报道。因此本文从以下三方面展开分析,为制备具有一定耐污染性能的高效疏水性油水分离膜提供一定的依据。首先,本文采用微模板协同热致相分离法,制备底面带有不同微粗糙结构的疏水性等规聚丙烯(i PP)微孔膜。确定了三种不同类型疏水性微孔膜:“荷叶效应”超疏水膜(L膜)、“玫瑰效应”超疏水膜(P膜),普通程度高度疏水膜(H膜)的制备条件。底面带有通过复制形成的高纵横比微米级结构,及通过相分离形成的亚微米级结构的L膜,水接触角高达153°,同时其滚动角仅为3.2°,油铺展时间仅0.24s;P膜底面的水接触角达到151°,但同时水滴在其底面几乎不可移动,油铺展时间为0.4s;H膜底面的水接触角为131°,其油铺展时间达到0.6s。另外,制备出的三种不同疏水性膜材料均具有窄孔径分布的特征。其次,使用上述制备的三种疏水性膜材料,应用于分离含有斯盘-80表面活性剂的稳定油包水乳化液,对不同膜的油水分离性能进行了评价。并且测试了上述膜材料的循环使用性能。最终结果表明:L膜具有优良的油水分离性能,其同时具有高渗透通量和极佳的分离效率。P膜油水分离性能较L膜有所降低,H膜油水分离性能最差。说明L膜底面仿荷叶表面的高纵横比微米级结构与亚微米级结构的组合,对于提升疏水性膜材料的油水分离性能有明显作用。再次,分别使用L膜和P膜处理含有BSA的油包水乳化液,比较经过循环操作后两种膜材料油水分离性能的下降程度。发现经20次循环操作后,L膜的油水分离性能下降程度较低,而P膜的油水分离性能则出现了严重的下降。说明L膜底面的高油毛细作用,使得一层相对干净的油膜阻隔了富集在水中的BSA分子与其的接触。而对于P膜,由于其底面较低的亲油性和较大尺度的微米级结构,使得分散的水滴能够接近P膜底面,因此富集在水滴中的BSA分子有机会通过疏水-疏水作用黏附在P膜底面。最后,将上述三种疏水性膜材料应用于错流过滤分离水包油乳化液,并研究了模拟含油废水中不同类型污染物(有机污染物、颗粒污染物、无机污染物)在L膜、P膜,H膜上的污染行为。膜材料的污染情况通过渗透通量-时间衰减曲线,反洗通量恢复率,以及SEM-AFM结果和接触角变化表征。最终结果表明,L膜底面的仿荷叶微米-亚微米二重结构,可有效减轻微米尺度污染物造成的饼层污染,但对于粒径在纳米尺度范畴的污染物所造成的膜孔阻塞,无明显的阻止能力。P膜的耐污染性明显低于L膜,其反洗通量恢复率均低于L膜,说明P膜高水黏附性的底面微观结构,降低了膜的清洗效率,使膜材料的耐污染性能变差。
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