【摘 要】
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膜蒸馏由于设备简单、操作压力低、运行温度梯度低、截盐率高等优势,在海水淡化领域有着广阔的应用前景。静电纺丝是一种聚合物溶液或熔体在静电作用下牵伸而获得纳米级纤维的纺丝方法,原料适用性广、纤维结构可调性强、装置简单,为纳米纤维的连续制备提供了技术保障。本文针对当前膜蒸馏用膜通量低、疏水性差等限制膜蒸馏技术规模化应用的突出问题,基于静电纺丝技术原理,以疏水性高、传热系数低、化学稳定性好的聚四氟乙烯（P
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膜蒸馏由于设备简单、操作压力低、运行温度梯度低、截盐率高等优势,在海水淡化领域有着广阔的应用前景。静电纺丝是一种聚合物溶液或熔体在静电作用下牵伸而获得纳米级纤维的纺丝方法,原料适用性广、纤维结构可调性强、装置简单,为纳米纤维的连续制备提供了技术保障。本文针对当前膜蒸馏用膜通量低、疏水性差等限制膜蒸馏技术规模化应用的突出问题,基于静电纺丝技术原理,以疏水性高、传热系数低、化学稳定性好的聚四氟乙烯（PTFE）为原材料,借助纳米掺杂、结构设计手段,开展新型PTFE基超疏水膜制备研究,并以制备的PTFE基超疏水膜为膜蒸馏用膜,进行了直接接触式膜蒸馏实验研究。主要研究成果如下:（1）基于溶液共混-静电纺丝技术,在PTFE纳米纤维膜中引入多面体低聚倍半硅氧烷（POSS）刚性纳米粒子,制备PTFE&POSS杂化纳米纤维膜材料。利用SEM、EDS、XRD、拉伸力学测试、接触角测试等多种手段对PTFE&POSS杂化纳米纤维膜材料的结构和性能进行表征,探究不同POSS掺杂量对PTFE&POSS纤维膜的影响,并将其应用于直接接触膜蒸馏中。研究结果表明,当POSS添加量为2%时的PTFE&POSS纤维膜的形貌最佳,有机/无机杂化体POSS的加入有效地提高了PTFE纳米纤维膜的结晶度与粗糙度,从而提升了其力学性能与疏水性能,PTFE&POSS纳米纤维独特的串珠状结构有助于增大纤维膜的孔隙率;将其用于膜蒸馏时,渗透通量可达40±2 L m-2.h-1,运行>200 h渗透通量仍能基本保持稳定,截盐率始终保持在99.9%以上,显示出较好的长时间运行稳定性。（2）基于静电纺丝-静电喷雾技术,在静电喷雾制备PTFE纳米微球的过程中,通过静电纺丝技术引入高强PI纳米纤维膜,设计制备具有层间荷叶结构的超疏水静电纺PTFE/PI共混纳米纤维膜,并将其应用于直接接触膜蒸馏中。利用SEM、EDS、XRD、拉伸力学测试、接触角测试等多种手段对PTFE/PI-BCNM的结构和性能进行表征,探究不同PTFE/PI比例对PTFE/PI纤维膜的影响,并将其应用于直接接触膜蒸馏中。研究结果表明,当PTFE/PI为2:1时,PTFE/PI共混纳米纤维膜的形貌最佳,其孔隙率为78±3%,平均孔径为1.00±0.05 um,接触角为150±2°,强力为3.1±0.4 Mpa,在膜蒸馏测试中最高渗透通量可达45±3 L m-2.h-1,截盐率>99.9%。
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