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PTFE中空纤维膜在印染废水处理的应用

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印染废水含有大量有毒有机物和无机盐,对生物和环境危害大。目前主要用物化法、生化法和膜分离技术进行处理。在膜分离技术中,大量使用反渗透(RO)技术,但原水回收率仅有60%~70%,产生大量含盐量较高的印染RO 浓水。

膜蒸馏是一种以疏水微孔膜2 侧蒸汽压力差为传质驱动力的膜分离技术,其对无机盐、大分子等不挥发性组分的截留率接近100%,并且可以处理高含量RO 浓水[1-3]。在膜蒸馏中,疏水性微孔膜材料是关键。在众多材料中,聚四氟乙烯(PTFE)具有强疏水性(与水接触角达128°),且耐酸碱、耐高温,是膜蒸馏的理想材料。

本研究采用课题组发明的“推压- 拉伸- 烧结”法,并通过控制挤出头参数和拉伸倍数,制备4 种不同壁厚和孔径的PTFE 中空纤维膜。以印染废水RO 浓水为料液,进行减压膜蒸馏(VMD)实验,考察PTFE 中空纤维膜的孔径、壁厚、料液温度以及浓缩倍数对VMD 过程中产水通量和产水指标的影响,并进行20 d 的稳定性测试。

1 实验部分

1.1 PTFE 中空纤维膜的制备

PTFE 中空纤维膜制备工艺流程为:PTFE 树脂+ 润滑剂→混和→熟化→糊料挤出→中空管→脱脂→拉伸→烧结。通过调整挤出头尺寸(控制压缩比为350,见图1 和表1)和拉伸阶段的拉伸比(180%和220%,见表1),制备出4 种PTFE 中空纤维膜,分别编号为P-1、P-2、P-3、P-4,内径均为0.8 mm,P-1和P-2 外径为2.2 mm,P-3 和P-4 外径为1.6 mm。

blob.png

压缩比按式(1)计算。

压缩比=(d12-d22)/(d32-d42) 。(1)

式中,d1、d2、d3、d4分别为料腔内径、中心杆外径、挤出头内径、芯棒外径。

拉伸阶段的拉伸比按式(2)计算。

拉伸比=(l2-l1)×100%/l1。(2)

式中,l1和l2分别为拉伸前后中空纤维的长度。

1.2 测试与表征

采用EVOMA 25 型场发射扫描电镜(FESEM)观察PTFE 中空纤维膜的微观形貌;采用PSDA-20孔径分析仪测试PTFE 中空纤维膜的平均孔径、最大孔径、泡点压力和孔径分布,测试液为GQ-16,其表面张力为0.16 mN/cm;采用AutoPore 9500 型压汞仪测试PTFE 中空纤维膜的孔隙率;采用K100 全自动表面张力仪测试PTFE 中空纤维膜的动态水接触角,每种中空纤维膜平行测定5 次,取平均值;采用总含盐量(TDS)测试笔测试RO 浓水和膜蒸馏产水中的TDS 含量;采用571-1 型化学耗氧量测定仪测试RO浓水和产水中的COD;采用SD9012AB 水质色度仪测试RO 浓水和产水中的色度。

1.3 实验装置

VMD 实验装置如图2 所示。

blob.png

VMD 实验装置主要由热侧回路、膜组件和冷侧回路组成。热侧回路主要有恒温水浴槽、流量计、蠕动泵,冷侧回路主要包括真空泵、冷凝管、产水收集器和干燥器等。4 种膜组件安装的膜丝均为50 根,有效长度均为50 cm,有效膜面积均为0.06 m2。

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