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摘 要

膜生物反应器（MBR）是一种结合生物处理和膜分离技术处理的高效新型水处理技术，和传统的生物处理法相比，MBR有很多优点例如节省空间、出水质量好、操作简便。目前MBR中运用的中空纤维膜都使用内衬增强层来提高膜丝的机械性能。本文通过在过渡层中添加纳米氧化铝粒子，通过实验各项性能的表征测试表明2%时膜的各项性能最好，所以添加2%的纳米氧化铝粒子来制备含有过渡层的内衬增强型中空纤维膜，然后测试膜丝机械性能，对制备的膜的各项性能进行表征。结果表明Al₂O₃的加入改善了PVDF中空纤维膜的水通量、表面亲水性还有各项机械性能，提高了膜的分离性能.

关键词：聚偏氟乙烯 纳米氧化铝 内衬型中空纤维膜 过渡层

Abstract

Membrane bioreactor (MBR) is a new type of high efficient water treatment technology. Compared with the traditional biological treatment method, MBR has many advantages such as saving space, good effluent quality, easy to operate. At present, the hollow fiber membrane used in MBR can improve the mechanical properties of the film by using the inner lining. In this paper, by adding nano alumina particles in the transition layer , Lining reinforced hollow fiber membrane containing transition layer .And then test the mechanical properties of the membrane fiber .The properties of the prepared films were characterized. The results showed that the water flux, surface hydrophilicity and mechanical properties of PVDF hollow fiber membrane were improved by the addition of Al₂O₃.

Key words：Polyvinylidene fluoride，Aiuminium oxide，hollow fiber membrane，

Transition layer.

目录

摘要…………………………………………………………………………………I

ABSTRACT………………………………………………………………………II

第一章 文献综述 1

1.1 膜分离技术特点和应用 1

1.2 聚偏氟乙烯（PVDF）膜概述 2

1.2.2 PVDF膜的制备方法 3

1.2.3 PVDF膜的研究方向 4

1.3.1本课题的研究背景和意义 5

1.3.2本课题的研究内容 7

第二章 氧化铝含量对中空纤维膜性能的影响 8

2.1实验材料及仪器 8

2.1.1实验原材料 8

2.1.2实验设备 8

2.2实验方法 9

2.2.1.实验工艺 9

2.2.2复合膜的制备 10

2.2.3复合膜性能的表征 10

第三章 不同中空纤维膜的制备及表征 17

3.1实验材料及仪器 17

3.1.1实验原材料 17

3.1.2实验设备 17

3.2不同中空纤维膜的制备及表征 18

3.2.1中空纤维复合膜的制备 18

3.2.2中空纤维复合膜结构和性能的表征 19

第四章 实验结论 23

参考文献 24

致 谢 27

第一章 文献综述

1.1 膜分离技术特点和应用

膜分离是指借助膜的选择渗透作用，在外界能量或化学位差的推动下对混合物中溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法，可用于液相和气相体系。过滤、蒸馏、重结晶、气体液化等传统的分离方法既消耗大量资源而且还达不到充分分离的效果^[1]。当然，因为膜的分离过程没有发生相变，有效分离系数越大，没有污染，也可在室温下连续运行，而且设备简单，操作方便，可以直接放大，，尤其是在共沸物的分离异构体和热敏性物质的处理方面有着巨大优势，所以世界各国普遍重视膜分离技术^[2]。

膜分离技术研究中非常重要的步骤就是选择性能好的膜材料。膜分离过程所用的膜分为几种，按材料的类别可以划分为生物膜、无机膜和高分子聚合物膜、天然物质改性或再生而制成的膜等^{[3 ]}。到目前为止，高分子聚合物膜在研究中占据着主导地位，还有着广泛的应用。在诸多高分子聚合物膜材料中，聚偏氟乙烯((PVDF)由于耐高温、韧性好、良好的生物惰性和成膜能力所以较强的机械能力和稳定的化学性质，得到了诸多研究者的注意。

膜分离过程和过滤、蒸发、蒸馏、萃取等传统的化工分离方法过程相比，具有很多优点：

1．膜分离过程的能源消耗比较低。大多数膜分离过程都不会发生相变的现象，并且操作通常在室温下进行，所以其能量消耗远低于其他分离方式。

2. 适合热敏性物质的分离。经过膜分离的热敏性物质与传统分离方法相比，对原有的营养和风味保存都有了极大的改进。

3．分离装置简便、容易操作。

4. 分离系数大、应用范围大

5. 工艺的适应性好。膜分离的处理能力能在很大的范围内改变调整，而其效率、单位价格，经营成本等变化非常小，具有很强的工艺适应性。

6. 便于回收利用。分离与浓缩这两个现象是同时在膜分离的过程中发生的，对于有价值物质的回收是很有利的。

7. 无二次污染。膜分离过程不需要添加其他材料，所以避免了二次污染。

1.2 聚偏氟乙烯（PVDF）膜概述

聚偏氟乙烯（PVDF）具有很好的化学稳定性、 耐热性、机械稳定性、易用于膜的相转化法制备中，这些突出的优势使PVDF 成为一种性能良好的新型聚合物膜分离材料，广泛应用于制备反渗透（RO）、微滤（MF）、纳滤（NF）、超滤膜（UF）^[4]。但是，PVDF的亲水性较弱，在水溶液体系中，容易在膜表面发生吸附的现象，造成膜污染，导致膜通量下降，并且降低膜的性能，限制膜在诸多领域的应用范围^[5]。

PVDF是偏氟乙烯的均聚物，它的结构式为:

PVDF产品的密度大约是1.78g/cm³左右，分子量大多为40-80万，玻璃化温度是-39℃,脆化温度低于一62℃，熔点是180℃，热分解温度是350℃，在一定温度和压力下仍能保持良好的强度。耐磨性较好，抗辐射性能非常优异，在200nm-400nm波长的紫外线辐射下稳定，把薄膜放置室外，可以保持十几到二十年不变脆、短裂。此外，它的化学稳定性也很好，在室温下很难被酸、碱、强氧化剂和卤素所腐蚀，脂肪烃、醇、醛等有机溶剂对它的影响也很小。能溶于二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAc)、二甲基亚砜(DMSO)、N一甲基吡咯烷酮(NMP)等多种强极性溶剂，适合用于相转化法制膜工艺中来配制聚合物溶液。PVDF因为这些突出的优点而成为一种理想的分离膜材料，适用于化工、电子、纺织、食品、生化等方面^[6]。

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