聚偏氟乙烯光热纳米纤维膜的制备及脱盐应用

论文摘要

膜蒸馏技术在海水淡化领域扮演着日益重要的角色,但传统的膜蒸馏技术易受到温度极化现象的影响,导致其在流体主体和膜表面之间产生温度梯度,造成膜的渗透通量下降。本文在聚偏氟乙烯（PVDF）中引入具有光致热功能的纳米掺锑二氧化锡（ATO）来制备光热膜,用来减小减压膜蒸馏（VMD）过程中的温度极化现象;在此基础上又制备了亲/疏水双层结构膜,将其用于太阳能海水淡化过程。首先,以PVDF为成膜聚合物,引入纳米ATO粒子,采用静电纺丝技术制备了 PVDF/ATO纳米纤维膜,并对其热压处理来优化孔结构,同时研究了热压温度、ATO负载量对膜结构和性能的影响。结果表明,膜在170 ℃C下热压1 h后,纤维层更加致密,机械强度相对于初生膜增加了 70%,且接触角保持在130°以上;当ATO的负载量为3 wt%时,纤维膜具有更好的综合性能。其次,表征了膜的光热性能并测试其VMD过程,结果表明:在相同条件的红外线直接照射下,PVDF/ATO膜表面温度相对纯PVDF膜提高了 42 ℃C,PVDF/ATO膜的渗透通量为26 kg·m-2·h-1,相对于纯PVDF膜提升了2.6倍,且脱盐率保持在99%以上。在300～2500 nm波长范围内PVDF/ATO膜的光吸收率保持在92%以上,表现出良好的光致热性能。然后,通过静电纺丝技术制备了亲/疏水双层PVDF/PAN/ATO纳米纤维膜（PPAMs）,研究了ATO负载量、PAN层、光照强度等对PPAMs的太阳能海水淡化性能的影响。结果表明:当ATO负载量为5 wt%时,膜表现了最佳的光热性能,在1kW·m-2·h-1光强下,膜的海水蒸发速率为0.93 kg·m-2·h.1,能量转化效率为56.7%;相对PVDF/ATO膜,PPAMs蒸发速率提高了0.2 kg·m-2·h-1以上;在海水蒸发测试中,PPAMs表面温度相对于纯水增加了1 2℃,蒸发通量由0.27 kg·m-2·h-1增加到0.93 kg·m-2·h-1;当光照强度在1～3 kW·m-2范围内,膜的光热转化率由56.7%增加到62.0%。最后,在膜的循环测试中,经过14天的运行或经过多次清洗后,PPAMs的蒸发速率保持稳定,表现出良好的循环稳定性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 引言
•     1.1.1 淡水资源现状
•     1.1.2 海水淡化技术
•   1.2 膜蒸馏技术
•     1.2.1 简介
•     1.2.2 分类
•     1.2.3 应用研究
•     1.2.4 温度极化
•   1.3 太阳能海水淡化技术
•     1.3.1 简介
•     1.3.2 界面海水蒸发
•   1.4 光热技术在海水淡化中的应用
•     1.4.1 碳基材料
•     1.4.2 等离激元材料
•     1.4.3 非贵金属及其复合物材料
•     1.4.4 其他光致热材料
•   1.5 课题研究目的与意义
•   1.6 本文的主要研究内容
• 第二章 PVDF/ATO纳米纤维膜的制备及膜蒸馏应用
•   2.1 引言
•   2.2 实验部分
•     2.2.1 原料与试剂
•     2.2.2 实验仪器与设备
•     2.2.3 PVDF/ATO纺丝液的配制
•     2.2.4 静电纺PVDF/ATO纳米纤维膜的制备
•   2.3 结构与性能表征
•     2.3.1 流变性能
•     2.3.2 膜形貌
•     2.3.3 静态水接触角
•     2.3.4 X射线衍射（XRD）
•     2.3.5 X射线光电子能谱（XPS）
•     2.3.6 液体渗透压（LEP）
•     2.3.7 平均孔径和孔隙率
•     2.3.8 力学性能
•     2.3.9 UV-Vis-NIR测试
•   2.4 PVDF/ATO膜光致热性能
•   2.5 VMD测试
•   2.6 结果与讨论
•     2.6.1 流变性能分析
•     2.6.2 热压温度对膜性能的影响
•     2.6.3 PVDF/ATO纤维膜形貌
•     2.6.4 PVDF/ATO膜的物理性能
•     2.6.5 XPS分析
•     2.6.6 XRD分析
•     2.6.7 UV-VIS-NIR光谱分析
•     2.6.8 PVDF/ATO膜光致热效应
•     2.6.9 VMD性能
•   2.7 本章小结
• 第三章 PPAMs的制备及太阳能海水淡化应用
•   3.1 引言
•   3.2 实验部分
•     3.2.1 原料与试剂
•     3.2.2 实验仪器与设备
•     3.2.3 配丝液的配制
•     3.2.4 PPAMs的制备
•   3.3 PPAMs光热性能测试
•   3.4 太阳能海水蒸发测试
•   3.5 太阳能水蒸发效率计算
•   3.6 结果与讨论
•     3.6.1 ATO含量对膜性能的影响
•     3.6.2 PPAMs形貌
•     3.6.3 PPAMs力学性能
•     3.6.4 PPAMs光热性能
•     3.6.5 PPAMs光吸收性能
•     3.6.6 红外热成像分析
•     3.6.7 太阳光海水蒸发测试
•     3.6.8 PAN层对海水淡化性能影响
•     3.6.9 多倍光照下海水蒸发测试
•     3.6.10 循环稳定性测试
•   3.7 本章小结
• 第四章 全文总结
• 参考文献
• 发表论文与参加科研情况
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 高尚鹏

导师: 黄庆林,胡晓宇

关键词: 聚偏氟乙烯,减压膜蒸馏,温度极化,掺锑二氧化锡,太阳能海水淡化

来源: 天津工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 海洋学

单位: 天津工业大学

分类号: P747

总页数: 72

文件大小: 7627K

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