高疏水PVDF微孔膜的性能！
导读:聚偏氟乙烯是一种优良的膜蒸馏用膜材料，本文天津津腾实验设备有限公司利用非溶剂相转化法制备具有表面微纳米颗粒结构的高疏水甚至超疏水PVDF膜，主要考察了凝固浴的组成以及预
来源：未知
发布日期：2019-08-08 10:18【大 中 小】
目前，约90%的燃料乙醇是通过生物发酵制备，但是采用这种方法制备的乙醇浓度一般只有1%~15%，采用传统的精馏法分离能耗高，而且产物乙醇对酵母有抑制作用.因此，国内外研究者先后提出了汽提、吸附、渗透汽化膜分离和膜蒸馏等分离方法.其中，膜蒸馏法是采用疏水微孔膜以膜两侧蒸汽压力差为传质驱动力的膜分离过程，即用具有较高温度的物料与疏水高分子微孔膜接触，挥发组分在料液侧膜表面蒸发，蒸汽在膜两侧蒸汽压差的作用下通过膜孔，在膜渗透侧蒸汽冷凝收集。
膜蒸馏过程的分离机理决定了所用膜为疏水微孔膜，使用过程要避免膜孔被料液润湿穿透而失效。聚四氟乙烯（PTFE）和聚偏氟乙烯（PVDF）是两种著名的疏水性膜材料，尤其PTFE疏水性强，但因缺乏溶剂无法用NIPs法成膜，通常通过高温挤压拉伸法制得的膜其孔型不仅不规整，而且孔径分布较宽，存在被含乙醇料液润湿而穿透的风险.而PVDF可通过NIPs法制备成一种孔型相对规整的微孔膜，可调的成膜因素较多，但其材料固有的疏水性不如PTFE，膜孔被含乙醇料液润湿而穿透的概率高，难以满足该体系膜蒸馏的要求.本文天津津腾实验设备有限公司通过添加惰性溶剂和改变凝固浴等条件调控PVDF膜的结构，以期制备出具有球形微纳米粗糙结构的PVDF高疏水甚至超疏水膜，并将其应用到膜蒸馏分离生物质发酵乙醇体系中，希望为后期的生物质燃料发酵与膜蒸馏耦合过程的进一步研究奠定基础。
1.膜的表征
1.1接触角测量
在室温下，分别以去离子水和质量分数5%的乙醇/水溶液为测试液体，使用接触角测量仪测量膜表面接触角，液滴体积为0.2μL，注射速度为5μL/s，液滴滴在膜表面10s后抓拍照片，通过系统软件计算接触角的大小.在同一膜片的5个不同位置进行平行测量得到的平均值，即为该膜的接触角。
1.2sEM表征
膜样品表面经喷溅镀金后，用冷场发射扫描电镜3.0kv下扫描表面或断面获取电镜照片。
1.3膜孔径及孔径分布测试
将膜剪切成直径为25mm的圆型样品，在润湿液（表面张力16dyn/cm）中充分浸润，采用泡压法滤膜孔径分析仪测量膜孔径分布，同时利用测量干膜阶段所得到的氮气渗透量随压力变化关系，表征膜的气体渗透性能。
1.4液体穿透压的测量
液体穿透压（Lep）的大小是衡量膜蒸馏中膜孔是否容易润湿而引起分离因子降低的重要因素.通过自制的装置测量，在不锈钢过滤杯中装上膜片，加入少许纯水，确保杯内至少三分之二容积内为气体，连接气压瓶，以高精度压力传感器检测杯内气体压力，逐次加压，每次加压后等待5min，直至有水滴渗出，对应的表压即为Lep，取3次的平均值。
2结论
采用非溶剂致相分离法，天津津腾实验设备有限公司通过调控膜的形貌结构及孔径制备出符合膜蒸馏分离需求的PVDF微孔膜，得到以下结论：
(1）通过向铸膜液中添加惰性溶剂添加剂，并调节凝固浴的组成，调节铸膜液在凝固浴中微相分离程度，依靠缓慢的相转化速度和PVDF群组的“早期沉淀”形成了表面具有微纳米球状粗糙结构的超疏水膜.当凝固浴中NMP体积分数达到68.5%时，膜的接触角达到140°~152°，具备高疏水甚至超疏水性。
(2）预蒸发时间对膜的疏水性、孔径、孔隙率、穿透压均有影响。
(3）由于PVDF材料自身的疏水性质和膜粗糙的表面结构，赋予膜优异的疏水性，同时具有较小的孔径，膜的渗透选择性得到提高，从而对菊芋多糖发酵液等含乙醇水溶液体系表现出了优异的膜蒸馏分离性能。
