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PTFE膜的親水改性及在工業污水處理中的應用 合肥污水處理公司

文章出處:未知發表時間:2022-01-11 13:34:19


 

圖片2 

 

  聚四氟乙烯(PTFE)是一種性能優良的工程塑料,被稱為塑料王。PTFE是白色結晶性聚合物,結晶完善的PTFE結晶度可高達90%~95%。由于PTFE分子鏈中C—F具有高鍵能且F原子嚴密盤繞在C—C主鏈的外表,造成PTFE具有高化學惰性和極低的外表能。因而PTFE具有耐有機溶劑、耐強酸堿、耐高溫等性能。

 

  由PTFE樹脂資料所制備的PTFE膜因其化學性能穩定、耐溫、耐腐蝕等特性被普遍應用在農業、工業、醫療衛生、食品等范疇。但是,由于PTFE資料具有強疏水性和極低的外表能,使得PTFE膜潤濕性差,難以處置水性溶液,限制了其應用過程和范疇。因而為進一步拓寬其應用范圍,必需對PTFE實行親水化改性。

 

  一、PTFE膜親水性差的緣由

 

  PTFE膜親水性差的緣由主要與資料本身的特性親密相關。

 

  (1)PTFE資料是以C原子鏈為骨架,CF

 

  原子經過C—F共價鍵銜接構成的高分子資料。其中,C—F鍵能大,遠高于C—H鍵能。同時由于PTFEF原子電負性大,并且PTFE分子構造對稱性好,因而PTFE具有較低的外表能;

 

  (2)液體能在固體外表完整鋪展和潤濕的條件為固體的臨界外表張力要大于液體的外表張力。由于PTFE資料外表張力低,造成其低于大多數液體的外表張力,進而液體不能在PTFE資料外表完整潤濕;

 

  (3)PTFE資料的溶度參數較小,造成PTFE資料與大局部聚合物的親和性也較小,與其他資料的黏附性較差。

 

  二、常用的親水改性辦法

 

  目前常用的PTFE膜親水化改性辦法主要有鈉-萘溶液處置法、等離子體接枝法、多巴胺改性法、外表活性劑改性法、填充改性法等,下面分別對這些改性辦法實行簡述。

 

  2.1 -萘溶液處置法

 

  鈉-萘溶液是以四氫呋喃為溶劑,經過金屬鈉和萘的反響制備。通常而言,鈉-萘溶液對PTFE實行親水改性主要是經過強腐蝕性的鈉-萘溶液腐蝕PTFE膜外表。鄭軍等應用鈉-萘溶液對PTFE薄膜實行改性,并對改性后薄膜的親水性和黏結性實行了測試,經過鈉-萘溶液處置后,膜外表呈現了一層粗糙且疏松的處置層。實驗結果標明,處置后膜親水性和黏結性得到明顯的改善,鈉-萘處置液的最佳處置濃度為0.4mol/L。此外,鈉-萘溶液對PTFE實行外表腐蝕后,可以毀壞C—F得到活性位點,此時在PTFE膜外表產生了碳化層和某些極性基團,能夠經過選擇適宜的親水化試劑與活性位點反響實行化學接枝,進一步提升外表親水性或其他性能。

 

  鈉-萘溶液處置PTFE膜具有操作工藝煩瑣,效果良好等優點,是目前應用較多的辦法。但是該辦法會對PTFE膜外表形貌實行毀壞,并且處置后的膜外表發黑,除此之外,強腐蝕性的鈉-萘溶液在運用過程中存在著平安隱患。因而該辦法比擬合適于實行PTFE膜組件澆鑄時運用。

 

  2.2 等離子體接枝法

 

  等離子體處置是將被處置資料置于等離子體處置設備中,經過高能態的等離子體轟擊資料外表,使資料外表的分子由于遭到等離子體能量的影響,進而發作降解、氧化、交聯等一系列化學反響。關于PTFE膜而言,等離子體接枝法是以等離子體轟擊PTFE膜外表,使PTFE膜外表的C—C、C—F發作斷裂,進而在PTFE膜外表產生大量的活性自在基,再在這些活性位點上實行親水化接枝改性。張浩凡等首先采用不同的親水基團對PTFE中空纖維膜實行浸漬預處置,然后經過等離子體法對PTFE中空纖維膜實行外表親水改性。結果標明,改性后PTFE中空纖維膜接觸角顯著降落,其中羧基對PTFE中空纖維膜改性效果最好,接觸角為52°。周明等應用Ar等離子體對PTFE中空纖維膜外表實行預處置,然后在膜外表實行丙烯酸接枝反響。研討標明,當放電功率為300W,Ar氣體流量為30cm3/min,處置時間2min,接枝反響所用丙烯酸的體積分數為20%,反響溫度50℃,反響時間8h,改性效果最好,PTFE中空纖維膜外表接觸角可降至50°。改性反響后PTFE中空纖維膜外表親水基團明顯增加,外表能提升,從而親水性能也明顯上升。

 

  該辦法操作簡單、平安環保,對資料自身性能影響小,接枝后的親水基團與膜外表經過化學鍵分離,改性效果耐久且穩定。不過等離子接枝過程只發作在膜的表面面,而膜的內壁仍然是疏水的狀態。

 

  2.3 多巴胺改性法

 

  多巴胺作為一種常見的生物膠水,可以在堿性條件下自發聚合,構成的聚多巴胺具有能黏附于各類資料外表、適用范圍廣以及易于功用化等優點,被普遍用作膜外表改性劑。聚多巴胺在基材外表的堆積通常包括多巴胺氧化、自聚以及匯集體構成3個過程,其與帶極性基團的有機外表以氫鍵以至共價鍵銜接為主,與非極性外表的吸附機理尚不明白,通常以為由π-π和疏水互相作用主導。XiZhen-Yu等在PTFE微孔膜外表堆積聚多巴胺層,顯著改善了疏水聚合物膜外表的親水性,并在恰當的反響條件下提升了膜水通量。SooKHeeKu等采用聚多巴胺自聚-復合法改性PTFE,使資料外表對成骨細胞的相容性明顯提升。程毅麗等經過多巴胺的自聚附著行為,對PTFE中空纖維膜實行改性,降低了接觸角,提升了純水通量,并且改性后膜孔徑變化較小。實驗結果標明,多巴胺對PTFE膜親水改性的最佳時間為8h,改性后膜水通量較改性前上升約50%,親水改性后PTFE膜抗污染性能提升,純水清洗后,膜通量恢復率為94%。從上述文獻中可知,多巴胺能夠在PTFE膜外表發作氧化G交聯反響,生成可吸附于PTFE膜的聚多巴胺復合層,從而提升PTFE膜外表親水性。

 

  2.4 外表活性劑法

 

  郭曉蓓等應用氟碳外表活性劑,以二氯甲烷為溶劑對PTFE中空纖維膜實行親水改性。氟碳外表活性劑具有耐酸堿的特性且自身具有親水和疏水基團,疏水基團易吸附在PTFE膜外表,親水基團露在外面。同時由于氟碳外表的正電荷和PTFE膜外表的負電荷互相吸收,外表活性劑能夠吸附在PTFE膜外表,從而將親水基團引入。作者研討了外表活性劑濃度及組裝時間對中空纖維膜親水性能的影響,結果標明親水改性的最佳條件為ρ(氟碳外表活性劑)=3g/L,組裝浸泡時間4h,改性后膜外表接觸角明顯降低,水通量增加。元福卿等采用支鏈化陽離子外表活性劑和兩性離子外表活性劑分別對PTFE資料實行了改性,研討結果標明,外表活性劑的疏水局部能夠與PTFE資料產生互相作用,進而外表活性劑分子能夠吸附到PTFE資料外表。當外表活性劑濃度大于臨界膠束濃度(CMC)時,可明顯降低PTFE資料外表接觸角,可潤濕性能提升。胡嵩霜等采用芐基取代甜菜堿對PTFE資料實行了改性,當外表活性劑濃度超越CMC時,接觸角明顯降低,外表親水性增加。

 

  2.5 填充改性法

 

  黎鵬等針對PTFE膜改性時所采用的化學辦法和物理辦法存在的問題,提出一種新的物理G化學改性思緒,即在PTFE膜制備前將無機納米二氧化硅粒子與PTFE粉料實行混合,制備含有大量無機納米粒子嵌入節點的PTFE微孔膜。以嵌入的納米粒子為地基,經過偶聯劑作用,在膜外表引入羥基,改性后膜外表接觸角顯著降低,進而明顯提升PTFE膜的親水性能,同時由于偶聯劑的作用,該親水改性層具有較強的穩定性。

 

  郭玉海等將親水性聚合物經過偶聯劑的作用,構成親水性資料,然后將親水性資料與PTFE粉料實行混合,最后經過擠出、拉伸、燒結等工藝制備親水性PTFE微孔膜。研討標明,制備的PTFE微孔膜親水性提升,水通量顯著增加。

 

  三、PTFE親水膜的應用

 

  當前,別離膜在環保行業中得到越來越普遍的應用,是處理水污染問題的重要方式之一。PTFE膜具有耐高溫、耐腐蝕、性能穩定等特性,因而在別離膜資料中占領重要的位置。目前,許多專家學者經過不同的改性辦法對PTFE實行親水改性,并用于實踐工程中,獲得了一定的成果。

 

  3.1 污水處置

 

  郭曉蓓等將親水改性后的PTFE中空纖維膜做成膜組件,并用自建污水處置設備實行生活垃圾填埋場污水處置。測試結果標明,親水改性后的PTFE中空纖維膜對生活垃圾填埋場污水處置效果高于國度規范的請求,應用效果良好,COD去除率到達84.2%,氨氮去除率到達94.4%,懸浮物去除率到達99.0%。

 

  梅德俊將醋酸乙烯酯G馬來酸酐共聚物實行充沛醇解后,制備得到親水劑,然后將親水劑平均涂覆在PTFE平板膜外表,使PTFE平板膜外表由疏水變為親水,并用于陶瓷切割工業污水處。實驗結果標明,陶瓷切割污水經過PTFE親水膜處置后,濁度由初始的3280NTU降為48NTU,去除率高達98.5%。

 

  3.2 膜蒸餾

 

  在膜蒸餾過程中,膜污染與潤濕是經常呈現的問題。研討標明疏水膜外表的親水改性有利于減緩有機污染物在膜外表的黏附累積。任靜等制備了氧化石墨烯(GO)GPTFE復合膜,膜外表接觸角由144.2°降到103.9°。將GOGPTFE復合膜用于膜蒸餾過程發現,復合膜能有效提升膜通量并減緩通量衰減,這可能是由于GO層間構成的親水通道降低了水蒸氣穿透膜的阻力,同時GO良好的導熱性能也有利于緩解由于溫差極化帶來的通量衰減,同時復合膜對焦化廢水中的無機鹽和有機物的截留效率明顯提升,這與石墨烯構成的納米孔道對污染物的截留效應有關。

 

  3.3 膜生物反響器

 

  膜生物反響器(MBR)應用膜的別離作用對水/污泥混合物實行別離,其中膜組件是膜生物反響器的中心。在膜生物反響器運轉過程中,經常會呈現膜絲斷裂、運用時間短,不耐酸堿等問題。因而,越來越多的研討者將性能優良的PTFE膜用于膜生物反響器中。PTFE中空纖維膜具有疏水性,而將其用于膜生物反響器時需求其和水要有潤濕性,因而需求對膜實行親水改性,提升水潤濕性。

 

  許海亮等為處理電鍍廢水處置過程中存在的生化指標達標難的問題,應用PTFE膜組件構建膜生物反響器,并對電鍍廢水實行處置。結果標明MBR通量可堅持在約16L/(m2·h),COD的脫除率超越50%。該工藝能夠大大提升污泥量,防止結垢和出水跑泥等問題,提升了處置效果,可以使電鍍廢水的生化指標達標,具有良好的實踐應用前景。

 

  徐毅等采用PTFE膜組件,應用MBR工藝對垃圾滲濾液實行處置,結果標明該工藝對COD、NH4-N都有良好的脫除效果。李薇等]采用MBR工藝對含油廢水實行了處置,處置結果標明基于PTFE膜的高通量、抗污染特性,該工藝處置效果明顯,COD、石油類污染物、氨氮等均勻去除率都高于96%,出水可以滿足行業和國度廢水排放規范且膜抗污染性能良好。蔣文化等應用PTFE膜生物反響器對高含油、高COD、高氨氮的煤化工廢水實行處置。經過PTFEGMBR系統處置后,出水指標到達排放請求,水質變化小,沒有呈現膜絲斷裂和膜通量降低的現象。

 

  四、完畢語

 

  PTFE膜具有良好的應用性能,在化工、紡織、醫療、環境、食品等范疇得到了越來越普遍的應用。但是由于其強疏水性和極低的外表能,使得PTFE膜潤濕性差,難以處置水性溶液,限制了其應用過程和范疇,因而展開PTFE膜親水化改性研討具有重要的理想意義。

 

  隨著膜行業科技人員的不時研討,目前已有多種提升PTFE膜親水性的辦法,并應用到工程理論中。但是,目前常規PTFE膜親水化改性辦法有的親水化修飾效果持續時間短,有的無法完成對中空纖維膜內部的親水改性,有的接枝修飾反響工藝復雜、難以控制且運用大量有機溶劑,不但環境不友好,且難于完成工業化等。為了促進PTFE膜在實踐工程中得到更普遍的應用,將來需求重點打破以下三方面。

 

  (1)加大新型、綠色可直接用于PTFE膜親水改性的藥劑的開發,簡化改性工藝,降低施行難度,確保親水性能的穩定,易于工業化

 

  (2)PTFE膜制備過程中,將PTFE原料與無機納米資料實行混合,重點處理二者之間相容性差、無機納米粒子易聚會的難題,提升無機納米資料在PTFE基體中散布的平均性,從而應用資料間互相協同效應,賦予復合資料新的特性,提升親水性能,同時也能夠在膜中引入易于親水改性的位點

 

  (3)展開基于PTFE膜組器的優化設計,進一步完善其內部構造,確保PTFE膜的優良性能得到充沛發揮,不時提升其在實踐應用中的性能。

 


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