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孔径分布对PVDF中空纤维超滤膜膜污染行为的深入分析

2017-12-27  来自: 《中国化学工程学报》 曾凯亮 浏览次数:91

据中国化学工程学报微信公众平台2017年12月28日讯 南京工业大学曾凯亮(Kailiang Zeng, Jie Zhou, Yue Zhou, Chuan Shi, Xiaozu Wang, Liyue Zhou, Xiaobin Ding, Zhaohui Wang, Enrico Drioli)等人《孔径分布对PVDF中空纤维超滤膜膜污染行为的深入分析》一文发表在《中国化学工程学报》上:

由于具有较高的热稳定性、较强的机械性能及良好的加工特性,聚偏氟乙烯(PVDF)已经成为了一种广泛应用于超滤(UF)、微滤(MF)和膜生物反应器(MBR)等膜过程的膜材料。在这些应用过程中,膜污染常常不可避免,导致PVDF膜渗透性能大幅衰减,严重影响其经济性,抑制膜污染是PVDF膜应用中受到关注的核心问题。机械冲洗、高压反冲洗、化学清洗等是减轻膜污染、恢复膜通量的常用手段,但化学清洗对膜材料耐化学腐蚀性要求较高,频繁化学清洗会大大降低分离膜的使用寿命;高压反冲洗、机械冲洗方法对去除膜面滤饼层很有效,能够在一定程度上缓解膜污染,但是对不可逆的膜孔堵塞污染效果有限。因此,开发高抗污染PVDF膜对提高其使用过程中的稳定通量、减少清洗次数、延长清洗周期具有重要意义。

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提高PVDF膜的抗污染性能有多种方法,包括结构控制、表面改性、共混改性、接枝改性等。其中,PVDF膜的微结构对其膜污染行为具有重要的影响,微结构与膜的抗污染行为之间具有一定的对应关系,PVDF膜的微结构控制是提高其抗污染性能的关键。但是,目前膜微结构对膜污染行为的影响规律还不确定。本文考察了孔径在24~94 nm之间的不同PVDF膜污染行为,系统深入分析了膜微结构对膜污染行为的影响规律,研究了不同孔径分布的PVDF膜污染前后的孔径演变、通量衰减和临界通量变化。结果显示,孔径越小,膜的抗污染能力越强,孔径为24 nm的PVDF膜具有远高于其他孔径PVDF膜的抗污染性能。随着PVDF膜孔径的减小,其临界通量由34~43 L/m2h上升到105~114 L/m2h。临界通量的上升表明小孔径PVDF膜具有较低的污染趋势和较高的抗污染能力。

综上,本论文揭示了PVDF膜微结构与其抗污染性能之间的关系,为开发高抗污染PVDF超滤膜提供了理论指导,对提高PVDF超滤膜的使用通量和寿命,进一步提高PVDF膜的研究和开发水平具有重要意义。

作者介绍:

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崔朝亮,博士,南京工业大学化工学院副教授,膜科学技术研究所有机超/微滤膜课题组组长,中国膜工业协会疏水膜专委会委员,中国海水淡化与水再利用学会青年委员会委员,江苏省“六大人才高峰”高层次人才培养对象、江苏省“双创博士”计划资助对象。师从徐南平院士和范益群教授,2011年毕业于南京工业大学化学化工学院,获工学博士学位;2011年至2014年在韩国Hanyang University(汉阳大学)先后担任博士后和研究助理教授工作,与膜领域著名科学家Enrico Drioli教授和Young Moo Lee教授合作,开展聚合物膜方面的研究。近年来,承担了国家重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省自然科学基金等项目,在Prog Polym Sci, J Membr Sci, Sep Purif Technol等杂志上发表SCI收录论文20余篇,申请中国发明专利8件和PCT专利1件,并参与了《高性能膜材料与膜技术》、《Encyclopedia of Membranes》等书籍的编写。

团队介绍:

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研究团队为南京工业大学膜科学技术研究所有机超/微滤膜课题组。课题组近年来围绕高抗污染PVDF膜的制备展开深入研究,针对PVDF膜污染和绿色制备工艺,探索并解决相关基础科学问题,对PVDF膜微结构进行精准调控和定向改性,并从加拿大引进了在膜领域具有20多年研发经验的Zhaohui Wang (汪朝晖)教授,获得了江苏省双创计划、特聘教授等项目的支持,为PVDF中空纤维超滤膜的产业化提供理论指导。研究成果经南京九思高科技有限公司工业放大后,孵化了南京久盈膜科技有限公司,并支撑其技术创新与进步,相关产品应用于全球首套膜法制浆废水零排放示范工程,性能优于国际知名品牌,推广应用于其他废水处理项目,成果转化新增产值数亿元,得到了党和国家领导人、各级政府和社会各界的充分肯定。


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