超声波在线监测聚乙烯—乙烯醇分离膜成形过程及机理研究

论文摘要

相转化是制备高分子分离膜的主要方法。目前，大部分商业化的反渗透、超滤、微滤等高分子分离膜均采用相转化法生产。但是对于相转化制膜过程进行原位实时监控的方法和手段特别是量化方法目前还很缺乏，制膜机理的研究也不够深入。本文采用超声波在线监测聚乙烯-乙烯醇（EVAL）分离膜成形过程并对成膜机理进行了研究。采用水／二甲基亚砜／EVAL三元制膜体系，考察了EVAL初始浓度和凝固浴温度对成膜过程的影响。通过扫描电镜和纯水通量的测定对EVAL膜的结构和性能进行了表征。结果表明，随EVAL初始浓度升高，超声时域信号前移的幅度变小，所得的EVAL膜的声速也相对较小，表明随铸膜液中EVAL初始浓度升高，相转化速率降低，膜结构致密，纯水通量逐渐减小。在凝固浴温度较低时，超声时域信号随成膜时间不停前移，而且随凝固浴温度，超声时域信号出现了一定时间的后移，然后开始前移，膜的声速也出现了先降低后升高的趋势。这表明凝固浴温度较高，膜的相分离过程出现了一定时间的延迟，膜结构逐渐变得疏松，纯水通量升高。采用水／二甲基亚砜／正辛醇／EVAL四元制膜体系，考察了辛醇初始浓度和凝固浴温度对成膜过程的影响，并对EVAL膜的结构、纯水通量及截留率进行了测试。结果表明，辛醇的存在和较高凝固浴温度下，都会出现超声时域信号后移的现象，膜的声速也有先降低再升高的趋势，并且随辛醇的浓度和凝固浴温度的升高，这种后移现象越明显。这表明提高铸膜液中辛醇的初始浓度和凝固浴的温度，都会对膜的相分离产生一定的延迟，膜结构逐渐变得疏松，由典型的不对称结构逐渐开始向对成结构发展，纯水通量升高，而截留率有所下降。总之，超声法能够检测出聚合物分离膜成形过程并能对相转化速率的快慢进行表征，这为成膜机理的研究提供了一种新方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究目的
• 1.3 研究内容
• 第二章 文献综述
• 2.1 相转化法
• 2.1.1 热力学
• 2.1.2 动力学
• 2.1.2.1 动力学模型
• 2.1.2.2 动力学实验
• 2.2 超声波时域法
• 2.3 聚乙烯-乙烯醇分离膜
• 2.3.1 各种参数对EVAL膜形态的影响
• 2.3.1.1 聚合物浓度
• 2.3.1.2 添加剂
• 2.3.1.3 溶剂蒸发
• 2.3.1.4 凝固浴温度
• 2.3.1.5 凝固浴组成
• 2.3.1.6 成膜机理
• 2.3.2 本研究所采用的制膜体系
• 第三章 超声波法在线监测成膜过程方法的建立
• 3.1 超声波简介
• 3.1.1 纵波
• 3.1.2 声速
• 3.2 超声监测设备
• 3.2.1 超声发射/接收仪
• 3.2.2 示波器
• 3.2.3 超声传感器
• 3.3 超声监测方法的确立
• 3.3.1 透射法
• 3.3.1.1 透射法的基本原理
• 3.3.1.2 超声监测信号谱图
• 3.3.1.3 EVAL膜声速的计算
• 3.3.2 反射法
• 3.3.2.1 反射法的基本原理
• 3.3.2.2 超声监测信号谱图
• 3.3.2.3 EVAL膜声速的计算
• 3.3.3 透射法与反射法的对比
• 第四章 水/DMSO/EVAL三元体系
• 4.1 本章内容
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验材料及仪器
• 4.2.2 膜的制备及超声监测
• 4.2.3 膜纯水通量的测定
• 4.2.4 膜的形态结构观测
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 EVAL浓度对成膜速率以及膜形态结构的影响
• 4.3.1.1 超声监测信号谱图
• 4.3.1.2 EVAL浓度对成膜过程中膜声速的影响
• 4.3.1.3 EVAL浓度对膜形态结构的影响
• 4.3.1.4 EVAL浓度对膜纯水通量的影响
• 4.3.2 凝固浴温度对成膜速率以及膜形态结构的影响
• 4.3.2.1 超声监测信号谱图
• 4.3.2.2 凝固浴温度对成膜过程中膜声速的影响
• 4.3.2.3 凝固浴温度对膜形态结构的影响
• 4.3.2.4 凝固浴温度对膜纯水通量的影响
• 4.3.3 三元体系成膜机理
• 4.4 本章小结
• 第五章 水/DMSO/正辛醇/EVAL四元体系
• 5.1 本章内容
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验材料及仪器
• 5.2.2 膜的制备及超声监测
• 5.2.3 膜纯水通量的测定
• 5.2.4 膜的形态结构观测
• 5.2.5 膜截留率的测定
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 辛醇浓度对成膜速率以及膜形态结构的影响
• 5.3.1.1 超声监测信号谱图
• 5.3.1.2 辛醇浓度对成膜过程中膜声速的影响
• 5.3.1.3 辛醇浓度对膜形态结构的影响
• 5.3.1.4 辛醉浓度对膜纯水通量的影响
• 5.3.2 凝固浴温度对成膜速率以及膜形态结构的影响
• 5.3.2.1 超声监测信号谱图
• 5.3.2.2 凝固浴温度对成膜过程中声速的影响
• 5.3.2.3 凝固浴温度对膜形态结构的影响
• 5.3.2.4 凝固浴温度对膜纯水通量的影响
• 5.3.2.5 凝固浴温度对膜截留率的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢