高性能静电纺丝中空纤维膜的制备及膜吸收脱氨研究

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废水中过量的氨氮严重威胁着环境和人类健康,膜吸收技术由于能耗低和适用氨氮浓度范围宽等优点受到广泛的关注。膜吸收技术产业化的核心难点在于现有膜的通量和选择性较低,选择性低会造成回收氨的浓度偏低。本文利用静电纺丝技术制备了高通量和高选择性的吸收膜,结合蒸汽焊接技术提高膜机械强度,并研究了液-汽-液传质理论模型和膜吸收用于废水中氨氮脱除的规律。主要内容如下:(1)以静电纺丝技术为基础制备中空纤维膜,结合蒸汽焊接后处理的方法增强膜的机械强度,采用N,N二甲基甲酰胺作为焊接溶剂,研究温度,溶剂量和处理时间等蒸汽焊接工艺条件对膜性能的影响。采用单因素实验设计方法获得最优条件,即蒸汽焊接温度为70℃,溶剂量为99.2μL,处理时间100 min,结果表明,蒸汽焊接后处理的膜杨氏模量达到2.12±0.4 MPa,相比原膜提高了103.8%。(2)以阻力串联模型作为理论传质模型,探究不同因素对于膜吸收脱氨中传质的影响,包括原料液的p H、温度和膜的厚度。实验结果表明,当p H=11时,自制膜组件单位面积的传质系数可以达到1.35×10-5 m·s-1,是商业聚丙烯(Polypropylene)膜组件的1.63倍;在相同的温度条件下(35℃),自制膜组件单位面积单位时间的膜通量为2.43×10-3·m-2·h-1,是商业聚丙烯(Polypropylene)膜组件的1.70倍;在实验中进一步制备了不同厚度的PVDF-HFP中空纤维膜,探索膜的厚度对膜吸收脱氨传质参数的影响,发现当自制膜的厚度为55±5μm时,单位面积的传质系数可以达到2×10-5m·s-1。(3)以选择性系数为研究基础,探究不同因素(p H、温度和膜的厚度)对于膜吸收脱氨选择性的影响,研究结果表明,在相同的p H和温度条件下,自制膜组件在选择性系数具备更高的性能。另外,发现膜厚度对选择性有显著影响,当厚度为115±5μm时,选择性系数为9.74,是厚度为55±5μm时选择性系数的1.41倍。
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