_处理石化废水超滤膜制备过程中膜材料的筛选

随着石化技术的进步，石化企业废水污染物来源更加复杂，除主要生产物料外，还有大量的添加剂以及中间产物和副产物等。这些复杂的污染物的处理是石化企业相当棘手的问题。在膜法污水回收利用装置中这些污染物成分容易造成膜污染或者破坏分离层，引起膜产水水质不可逆的下降。因此，人们对低成本、耐污染、高通量等性能良好用于处理石化废水超滤膜的需求越来越大。膜材料是膜分离技术的一个核心问题，膜的性能与膜材料本身的性能密切相关，因而聚合物成膜材料的选择十分重要。对于超滤膜，膜的性能主要取决于膜孔的大小，成膜材料的选择主要考虑膜的表面特性和材料的热、化学稳定性，且易在室温下成膜，作为制备石化废水处理超滤膜的良好的制膜材料，还应能满足具有良好的透过能力和选择透过性、具有一定的亲水性、抗生物降解及抗水解性能、能经常使用不变性或堵塞、具有一定的机械强度等要求[1-4]。聚砜类成膜材料大致可分为聚醚砜（PES）、双酚A型聚砜（PSF）、聚芳砜（PASF）和聚苯硫醚砜（PPS）等几类，分子主链中含有硬段苯环、软段醚键及稳定的砜键，不仅具有优良的耐热性，而且具有较好的耐紫外光、耐老化、耐氧化、耐酸碱、耐水解性、耐生物侵犯性及良好的机械强度、抗压密性与pH使用范围广等优点，目前，这类膜材料以其优良的成膜性能和分离性能，被广泛地用于超滤膜的制备[5-7]。含氟聚合物聚偏氟乙烯（PVDF）是一种结晶性聚合物，玻璃化温度-39℃，结晶熔点约为170℃，热分解温度在316℃，机械性能优良，具有良好的耐冲击性、耐磨性和化学稳定性，在室温下PVDF不被酸、碱、强氧化剂和卤素所腐蚀，对芳香烃、脂肪烃、醇和醛等有机溶剂很稳定，在盐酸、硝酸、硫酸和稀、浓碱液中以及高达100℃温度下，其性能基本不变，并且耐γ射线、紫外线辐射[8-11]。聚砜类化合物和PVDF均是综合性能优良的膜材料，然而，如何保证制膜材料成膜后具有良好的性能并能用于各种石化废水的处理，依然是膜分离技术研究的一个重要课题。不同的制膜材料以及同种材料不同生产厂家及牌号都会对工业规模制备超滤膜的性能产生影响，本研究首先对不同种类及不同生产厂家的聚砜类和PVDF成膜材料利用相转化法制膜，对它们成膜后的膜结构及形态、渗透性能、亲疏水性能等进行测定，初步筛选出合适的制膜材料，制成超滤膜后用于石化行业催化剂生产过程产生的废水（简称“石化废水”）进行处理实验，从中优选出最适宜的制膜材料，为进一步研究的开展打下基础。1实验部分1.1原料与试剂市售的聚砜类聚合物制膜材料L-PSF、B-PSF、处理石化废水超滤膜制备过程中膜材料的筛选杨丽，魏昕，杨永强（中国石油化工股份有限公司北京化工研究院环境保护研究所，北京100013）摘要：采用浸没沉淀相转化法制备不同聚合物材料包括聚砜类中的L-PSF、B-PSF、B-PPSU、W-PSE、D-PPESK和聚偏氟乙烯（PVDF）类中的B-PVDF、S-PVDF的超滤平板膜，利用扫描电镜（SEM）、自制四通道膜分离性能平行测试装置、压汞仪、接触角测量仪等对所制备膜的形貌结构以及分离性能、亲疏水性能等进行考察，初步筛选出B-PSF和S-PVDF这2种材料，制成的超滤膜用于石化废水处理实验。结果表明，稳定运行期间S-PVDF膜产水浊度为0.1～0.8NTU、稳定通量56.2～68.5L/(m2·h)，渗透性能及对浊度处理效果较好，可作为处理该石化废水的超滤膜制备材料。关键词：膜材料；水通量；接触角；石化废水；筛选中图分类号：TQ028.8文献标识码：A文章编号：1000-3770(2017)05-0085-004收稿日期：2016-06-08基金项目：中国石油化工股份有限公司开发项目（312071）；山东省自然科学基金资助项目（ZR2010BM037）作者简介：杨丽（1967－），女，博士，副教授，从事膜分离环保技术工作；联系电话：010-59202204；电子邮件：yangli01.bjhy@sinopec.com第43卷第5期2017年5月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.43No.5May,2017DOI:10.16796/j.cnki.1000-3770.2017.05.02085B-PPSU、W-PSE、D-PPESK，PVDF类聚合物材料B-PVDF、S-PVDF，聚乙烯吡咯烷酮类聚合物材料PVP-K30，经减压真空脱气、脱水后，加热烘干备用。市售的有机溶剂N-甲基吡咯烷酮（NMP），分析纯。1.2超滤膜的制备利用浸没沉淀相转化法（NIPS）制备超滤平板膜。分别将不同的制膜聚合物与适量添加剂PVP-K30溶于有机溶剂NMP中配制铸膜液，搅拌过夜后静置脱泡，调整刮膜器以固定厚度分别在玻璃板上进行刮膜，初始态的膜在空气预挥发一段时间后浸入到去离子水中，再用甘油水溶