聚偏氟乙烯中空纤维微滤膜的化学清洗研究_胡保安

文章编号:1007-8924(2007)01-0063-05聚偏氟乙烯中空纤维微滤膜的化学清洗研究胡保安,吕晓龙＊,马世虎,阚彬(天津工业大学中空纤维膜材料与膜过程教育部重点实验室,天津300160)摘要:对处理发酵液的聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜的有机污染物进行化学清洗试验,实验中,由电镜与红外定性分析了污染物成分,确定了高锰酸钾的使用条件,比较了加酸前后及还原前后的清洗效果,并对清洗后的中空纤维膜进行一系列的力学性能测试.关键词:聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜;有机污染物;化学清洗中图分类号:TQ028.8文献标识码:A作为分离手段,膜分离技术在水处理、食品工业、生化工程和医药行业得到了越来越广泛的使用.但在实际工程中,浓差极化和膜污染两大因素制约了膜技术的推广应用.由于膜的更换费用较为昂贵及操作相对复杂,故对膜的有效清洗已成为膜技术应用中的重要环节和膜技术能否工业化的关键因素.聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜是新发展起来的一种特种纤维品种,该纤维特点是化学稳定性好、机械强度高、抗吸附污染性好、耐紫外线老化、分离透过通量高、装填密度大,是中空纤维分离膜中一种新型高效品种[1-4].为了更好地推广应用,研究与之相配套的清洗工艺及清洗剂已成为亟需解决的问题.本文通过一些实验试图寻找一种高效清洗方法.1实验部分1.1实验原料处理L-本丙氨酸发酵液后严重污染的聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维内压式微滤膜(内径:0.8mm;外径:1.2mm;壁厚:0.2mm),由江苏某生化制剂厂提供.1.2主要仪器和试剂1.2.1主要仪器TP10-20蠕动泵,天津膜天膜工程技术有限公司;Quanta200型电子扫描显微镜,FEI公司;Ve-tor22傅利叶红外仪,Bruker公司;LLY-06型电子单纤维强力仪,莱州市电子仪器有限公司制造;PHS-25型pH计,上海雷磁仪器厂.1.2.2试剂盐酸,化学纯;KMnO4,分析纯;甘油,化学纯;NaHSO3,分析纯;H2C2O4,化学纯.均购自天津市北方化玻购销中心.1.3实验方法1.3.1膜的污染物分析利用扫描电子显微镜观察污染前后膜的表面形貌,用傅立叶红外来大致分析有机污染物组分.1.3.2温度通量数据校正曲线将蠕动泵进出口的循环水保持恒温,调整到指定的温度,调节设备的进出口的压力均为0.08MPa.待两端压力均稳定后,接收一定长度的中空纤维微滤膜过滤的10mL水时,记录时间.1.3.3中空纤维膜孔径的表征泡点法是用来表征膜的最大孔径的一种简单方法.对于含浸某种液体的多孔分离膜而言,压力与孔径的关系由Laplace方程得出,其最大孔径dmax表示为:dmax=4σcosθp0式中,p0为始泡点压力,MPa;σ为表面张力,N/m;收稿日期:2005-05-09;修改稿收到日期:2005-07-04基金项目:“863”重大专项(2002AA601240);“973”计划(2003CB615700)作者简介:胡保安(1979-),男,山东东阿县人,现为天津大学博士生.＊通讯联系人〈luxiaolong@263.net〉第27卷第1期膜科学与技术Vol.27No.12007年2月MEMBRANESCIENCEANDTECHNOLOGYFeb.2007DOI:10.16159/j.cnki.issn1007-8924.2007.01.014θ为液固面接触角,(°).利用泡点法可以确定贯通孔的孔径.同时考察起始泡点压力的变化作为评价膜性能变化的一个重要指标.1.3.4中空纤维膜力学性能的评价中空纤维膜作为纤维种类的一个分支,由于其自身的中空性要有独特的力学评价方法,同时也必然要借助纤维通用的力学评价方法.其力学评价方法有:破裂法与拉伸法.破裂法主要是测定压缩空气胀破中空纤维膜时的压力.将中空纤维膜试样在液体(如水)中润湿,此时所有孔都充满液体,然后在中空纤维膜内部通入压缩空气或氮气,当空气压力逐渐增大到一定值时,中空纤维膜将被空气胀破,记录此时的压力为破裂压力.拉伸法则主要测定中空纤维膜的断裂强力与其断裂伸长.依照执行标准:GB/T3916—1997,将一定长度的中空纤维膜进行匀速拉伸至断裂,记录断裂强力(g)与断裂伸长率.1.3.5高锰酸钾的使用条件在常温下,将中空纤维膜浸泡在不同浓度的高锰酸钾溶液中,浸泡90min,通过考察中空纤维膜的不同指标:初始泡点压力、破裂压力、断裂强力和断裂伸长,来确定可能的使用条件.1.3.6污染膜的化学清洗步骤1)将多根膜做成小组件,并检查是否有漏洞.2)用蠕动泵与小组件组成测量体系.先用纯水接入蠕动泵进出口,将进出口压力表读数调到指定相同大小,再测量从膜中渗透出的水的通量.并测量此时水的温度.3)排干体系中的纯水并改换配好的清洗液清洗.在规定的清洗液温度与清洗时间下进行等压