热致相分离聚丙烯平板微孔膜的制备

文章编号:1007-8924(2005)02-0038-04热致相分离聚丙烯平板微孔膜的制备唐�娜1,2�刘家祺1�马敬环2�王洪军1(1.天津大学化工学院绿色合成与转化教育部重点实验室,天津300072;2.天津科技大学海洋学院,天津300450)摘�要:采用热致相分离法制备了聚丙烯-豆油体系聚丙烯平板微孔膜.研究了铸膜液组成、成核剂含量、铸膜液厚度等制膜条件和膜蒸馏操作条件对膜分离性能的影响.在聚丙烯质量分数为27.0%,以正己烷为萃取剂,铸膜液厚度为500�m,成核剂己二酸的质量分数为0.5%,循环水流量为30L/h,温度为70�,膜后操作真空度为63.98kPa时,纯水的膜蒸馏通量可达351.43kg/(m2h).关键词:热致相分离;聚丙烯;平板微孔膜;制备;膜蒸馏中图分类号:TQ028.8��文献标识码:A��膜蒸馏(MD)是一种采用疏水微孔膜以膜两侧蒸汽压力差为传质驱动力的膜分离过程.因其具有可利用低品质热源(如太阳能、地热、废热)、截留率高、可处理高浓度溶液等优点,广泛应用于海水和苦咸水淡化、化学物质回收浓缩、水溶液中挥发性物资的脱除和回收、果汁和液体食品浓缩以及废水处理等方面[1,2].膜蒸馏用膜材料应满足疏水性和适宜的微孔性质两个必要条件,故制备膜蒸馏用膜常采用疏水性高分子材料,如:聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)和聚偏氟乙烯(PVDF)等.可采用拉伸法、相转化法及复合膜法等制备MD膜,也可用亲水性膜材料进行表面改性,以拓宽疏水微孔膜的来源.各种MD膜材料的研究均取得了一定的进展[3],但只有继续完善,才有望得到工业应用.研制开发性能优良、价格低廉的MD用膜仍具有广阔的空间.本文采用热致相分离法(TIPS法),制备了聚丙烯-豆油体系聚丙烯平板微孔膜.通过影响聚丙烯疏水微孔膜制备的相关影响因素分析[4-6],研究了铸膜液组成等成膜条件和膜蒸馏评价条件对膜性能的影响,成功制备了孔径分布为0.3~0.7�m、孔隙率为60%~70%、纯水通量达351.43kg/(m2h)的聚丙烯平板微孔膜.TIPS法制备该体系聚丙烯平板微孔膜尚未见相关报道.1�实验部分1.1�原料及试剂等规聚丙烯(iPP),熔融指数16.08g/10min,中国天然气总公司华北石化分公司生产;大豆色拉油,北海粮油工业(天津)有限公司生产;正己烷、无水乙醇、己二酸均为分析纯试剂.1.2�膜的制备1.2.1�膜的制备装置膜的制备装置如图1所示.1.2.2�膜的制备步骤采用自制的聚丙烯平板膜刮膜设备,具体制膜步骤如下:1)在四口烧瓶中加入一定量的iPP颗粒、稀释剂和成核剂;2)在氮气保护及搅拌的情况下,将混合体系加热至一定温度,并在此温度下获得该体系的均相溶液,同时将烘箱加热至一定温度;3)在一定温度下静置脱泡;收稿日期:2003-01-06;修改稿收到日期:2004-05-10作者简介:唐�娜(1972-),女,辽宁海城人,在读博士生,讲师,从事传质与分离工程、膜和膜过程研究、海卤水资源综合利用.第25卷�第2期膜�科�学�与�技�术Vol.25�No.22005年4月MEMBRANESCIENCEANDTECHNOLOGYApr.20051.蛇管冷凝器;��9.继电器;2.电热煲;10.接触温度计;3.搅拌器;11.电加热板;4.温度计;12.刮刀;5.四口烧瓶;13.取样器;6.铁架台;14.烘箱;7.电源;15.刮板8.温度控制器;图1�制膜实验装置图Fig.1�SchematicdiagramoftheexperimentalsetuppreparatedofiPPflatsheetmembrane��4)用取样器取一定量铸膜液至刮板上,用不锈钢刮刀迅速刮制一定厚度的平板膜;5)将刮板连同刮取的平板膜放入淬冷剂中淬冷一定时间;6)萃取稀释剂,获得iPP平板膜.1.3�膜性能评价1.3.1�水通量的测定采用蒸馏水,在膜后真空度为63.98kPa下测定水通量:Jw=V/(At)式中,Jw为水通量,L/(m2h);V为透过膜的水蒸气冷却后的体积,L;t为透过V体积冷却水所需的时间,h;A为膜的有效面积,m2.1.3.2�膜孔隙率的测定�=(1-f/P)!100%式中,�为膜的孔隙率,%;f为膜的表观密度,kg/m3;P为膜材料密度,kg/m3,聚丙烯的密度为946kg/m3.1.3.3�扫描电镜观察膜的形态结构采用PhilipsXL30型扫描电子显微镜观测膜的形态结构.试样浸入液氮中冷却至膜材料变脆,切割成0.5cm!0.5cm的方形片,置于离子溅射喷金仪中,喷金5min后,放入SEM样品室扫描成像.由观测到的图像可判断膜的孔径大小及微观结构.图2~图4分别为通量为351.43kg/(m2h)的聚丙烯平板膜扫描电镜断面及表面皮层