摘 要

膜分离技术是一种新型、高效的技术，是借助膜的选择透过性作用，对混合物溶质和溶剂进行分离和分级，然后提纯、富集。尤其，此技术在近些年的发展势头越发强烈，由于其比传统方法耗能低、工艺简易、经济性好而且效率高，涉足的领域愈加广泛。随着人们生活水平的提高、对物质文化的追求、以及经济文化的建设的不断加强，也越来越需要将膜技术进行深度的理解和进一步的发展、应用，以便适应大时代的潮流。

聚偏氟乙烯（PVDF）和聚砜（PSF）良好的综合性能，非常适合用来作为制备的膜材料。此次论文实验主要利用溶液相转化法制备PVDF、PSF平板膜，对膜进行强度、膜通量等各项指标进行表征。主要通过控制聚合物（种类、浓度）、凝固浴（温度、组成）来控制膜的性能和结构。然后分析不同条件下的差异，通过测试孔径、纯水通量、膜强度、电镜图来对膜的性能进行表征。

关键词：膜分离 聚偏氟乙烯 聚砜 相转化法 相分离过程

ABSTRACT

Membrane separation technology is a new and efficient technology, is the choice of membrane through the role of permeability, the mixture solute and solvent separation and classification, and then to achieve the purpose of purification, enrichment. In particular, the development of this technology is getting more and more better recently. Because of its low energy consumption, simpler process, better economy and higher efficiency than traditional methods, the field of involvement is more extensive. With the improvement of people's living standards, the pursuit of material culture, as well as the continuous strengthening of economic and cultural construction, the further understand of membrane technology and further development and application is needed in order to adapt to the trend of the times.

Polyvinylidene fluoride (PVDF) and polysulfone (PSF) are well integrated and are well suited for film materials for preparation. In this paper, PVDF and PSF films were prepared by solution phase transformation, and the indexes of membrane strength and membrane flux were characterized. Mainly by controlling the polymer (type or concentration), coagulation bath (temperature or composition) to control the membrane performance and structure. Then the differences under different conditions were analyzed. The properties of the films were characterized by the test pore size, pure water flux, membrane strength and electron microscopy.

Keywords: membrane separation; polyvinylidene fluoride; polysulfone; phase inversion; phase separation process

目 录

摘 要 I

ABSTRACT i

第一章 文献综述 1

1.1 膜分离过程的简述 1

1.2 高分子分离膜材料 1

1.2.1 聚偏氟乙烯膜材料的特点 2

1.2.2 聚砜膜材料的特点 2

1.3 相转化法成膜机理 2

1.3.1 相转化法 2

1.3.2 传质动力学研究 3

1.4 传质动力学实验方法 3

1.5 膜的孔结构 4

1.5.1 海绵孔结构 4

1.5.2 球粒状孔结构 4

1.5.3 双连续结构 5

1.5.4 指状孔结构 5

1.6 影响膜结构和性能的制膜工艺条件 5

1.6.1 添加剂 5

1.6.2 聚合物浓度 6

1.6.3 凝固浴组成 6

1.6.4 凝固浴温度 6

1.7 研究内容及意义 7

第二章 实验部分 8

2.1 实验药品及仪器 8

2.2 实验部分 8

2.2.1 光透量测试 8

2.2.2 PVDF和PSF平板膜的制备 9

2.3 平板膜的表征 9

2.3.1 形貌结构表征 9

2.3.2 纯水通量测试 10

2.3.3 机械性能测试 10

2.4 实验结果与讨论 11

2.4.1 聚合物浓度的影响 11

2.4.2 凝固浴组成的影响 13

2.4.3 凝固浴温度的影响 18

参考文献 21

致 谢 23

第一章 文献综述

1.1 膜分离过程的简述

相较于传统技术，膜分离技术的优点还是相当突出的，耗能低、占地小、易操作、能与其他技术很好融合。因此，膜分离技术能够很好的满足现代工业对节能、环保、降能耗的需求，并能够帮助进一步贯彻经济的可持续发展、人与自然和谐共处的战略思想。

在膜分离过程中，最重要的就是高分子膜的筛分作用，膜两侧会存在某种推动力，这些推动力有浓度梯度推动力、电位压差推动力及压差推动力等，然后在这些推动力的作用下，原料选择性的透过膜，进行分离过程，最终使原料提纯、净化^[2]。

膜分离效果的好坏，与膜内部结构有很大的关联。多孔膜，即在SEM电镜图中，能明显观察到相互交联的孔道，存在于膜的分离层。而这类膜的分离作用恰恰就是在孔道的基础上进行的。相比较而言，在致密膜里，是观察不到这些孔道的，但对膜的分离性能是不会影响的。常见的分离膜有微滤膜（MF）、超滤膜（UF）、反渗透膜、纳滤膜（NF）等^[3]。

高分子分离膜材料

制备各种分离膜的首要任务就是进行膜材料的选择。根据目前被广泛使用的制膜聚合物，大致可以归纳为以下这么几类：

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