热致相分离法高性能聚偏氟乙烯中空纤维膜先进制备技术及应用.pdfVIP

热致相分离法高性能聚偏氟乙烯 中空纤维膜先进制备技术及应用 1 2 1 唐元晖 ，林亚凯 ，王晓琳 (1. 清华大学化学工程系膜材料与工程北京市重点实验室，北京 100084；2. 北京赛诺膜技术有限公司，北京 100083) [摘要] 膜分离技术已经成为国际上市政污水和工业废水处理的核心技术。十年来清华大学化学工程系 在先进膜材料制备及应用技术研究上开展了大量工作，以膜材料配方设计、膜材料先进制造、膜组件设计 与应用为主线，突破多个技术难题和瓶颈，实现了热致相分离（TIPS ）法高性能聚偏氟乙烯（PVDF ）中空纤 维膜的工业化。首先，基于对TIPS 法成膜过程的热力学及动力学研究，制备出具有大通量、高强度、亲水性 好的PVDF 微孔膜；接着，有机结合材料加工和单元操作，形成PVDF 中空纤维膜先进制造技术；最后针对 不同的工业环境和市政要求，开发出不同规格的高性能膜组件。研究成果表明TIPS 法突破了传统非溶剂 致相转化法的限制，可以作为市政污水和工业废水处理的首选膜材料制备技术。 [关键词] 热致相分离；聚偏氟乙烯；水处理；膜制备 [中图分类号] TQ028 [文献标识码] A [文章编号] 1009-1742（2014 ）12-0024-11 分离技术经历了一个历时50 年的快速发展时期，在 1 前言 商业应用和科学研究等领域取得了一系列里程碑 [7 ，8] 随着当前世界经济的迅速发展，未来20 年全球 式的成就 。Lux 研究中心指出，国际膜市场将从 对水的需求量将从当前的4.5 × 1012 t 增长至7 × 1012 t ， 2009 年的15亿美金增长到2020 年的28 亿美金，主 届时将有60 % 的城市人口面临水资源短缺。目前 要包括MF 、UF 、NF 、RO 四类膜产品，其中MF 、UF 中国已经位列13个严重缺水的国家之一，661 个城 的增长速度最快，份额约占整个膜组件市场的 [1] [9 ，10] 市中有三分之一的城市缺水 。水资源短缺和水环 一半 。 境污染已成为制约我国国民经济可持续发展和生 自20 世纪90 年代，日本旭化成（Asahi ）公司提 活水平不断提高的重要因素。将污水收集处理后 出热致相分离(TIPS)法制备聚偏氟乙烯(PVDF)膜的 [2] 资源化是缓解缺水状况的最有效最经济的途径 。 相关国际专利以来，PVDF 在膜领域逐渐受到广泛 [11] 以膜作为分离过程核心组件的膜分离技术在海水 关注 ，目前处于世界主导地位的膜生产厂商均采 淡化，工业废水、生活污水处理等水处理领域具有 用PVDF 生产超微滤膜。自1961 年美国Pennwalt 广泛应用，其中包括微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤 公司最先推出、1965年实现工业化以来，凭借优异 (NF)、反渗透(RO)、电渗析(ED)[3 ，4] 。 的理化性能，PVDF 已经被广泛应用在化工、电子电 自1960 年Loeb 和Sourirajan 通过相转化法制 气、建筑、军工等领域，成为氟树脂中仅次于聚四氟 [5 ，6] [12，13] 备了第一张商业用醋酸纤维素反渗透膜以来 ，膜 乙烯的第二大品种 。商业化PVDF 材料大多是 [收稿日期] 20