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陶氏膜
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超濾膜材料的特性以及孔徑

時(shí)間:2019-10-18 10:10:51

在水處理中,微生物和有機(jī)物污染往往是造成超濾膜污染的主要原因,而氧化劑清洗則是恢復(fù)超濾過(guò)濾通量有效的手段,此時(shí)聚偏氟乙烯 (PVDF) 材質(zhì)體現(xiàn)出了其優(yōu)越性。


1、化學(xué)穩(wěn)定性


聚偏氟乙烯 (PVDF) 材質(zhì)的化學(xué)穩(wěn)定性?xún)?yōu)異,耐受氧化劑(次氯酸鈉等)的能力是聚醚砜、聚砜等材料的 10 倍以上。

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2、親水性


人們相信,親水性好的膜材料就不容易被污染,污染后也容易清洗恢復(fù)。親水性往往采用接觸角來(lái)衡量。

接觸角的含義如下圖所示,值越大,表明材料越疏水,當(dāng)?shù)扔诹銜r(shí),表明液體(水)能浸潤(rùn)固體表面,以下是一些數(shù)據(jù)。

大量的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),用接觸角來(lái)評(píng)價(jià)膜的抗污染性能有一定的局限性。這是由于一方面接觸角的測(cè)定數(shù)據(jù)本身不夠準(zhǔn)確,它受到被測(cè)材質(zhì)表面的光滑程度、水的純度以及測(cè)定技術(shù)的影響;另一方面,當(dāng)濃差極化等問(wèn)題突出時(shí),膜本身性質(zhì)的影響則退居次席。


超濾膜的孔徑:


超濾膜通常采用不對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu),即由致密的皮層和多孔的支撐層構(gòu)成,通常支撐層的孔徑要比皮層高一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。這種結(jié)構(gòu)有以下的優(yōu)點(diǎn):


a)致密的皮層提高了過(guò)濾的精度;

b)多孔的支撐層降低了過(guò)濾的阻力,并且使得穿過(guò)皮層的微小雜質(zhì)被截留的幾率降低。

這些優(yōu)點(diǎn)使得超濾基本實(shí)現(xiàn)了表面過(guò)濾,清洗恢復(fù)性比微濾有明顯的改善,因而其長(zhǎng)期通量更穩(wěn)定。

超濾膜的孔徑有很多種測(cè)定和表征方法,其中泡點(diǎn)法是實(shí)施比較簡(jiǎn)便的一種。

泡點(diǎn)法理論基礎(chǔ)是毛細(xì)現(xiàn)象。有如下的定量公式:

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式中:

- P 就是泡點(diǎn)壓力,把膜浸入到水中,逐漸增加膜的一側(cè)的氣壓,當(dāng)觀察到氣泡連續(xù)從膜的另一側(cè)逸出,此時(shí)的氣壓就是泡點(diǎn)壓力;

- δ 是液體(水)/空氣的表面張力;

- θ 是液體(水)-固體(膜)的接觸角;

- D 是毛細(xì)管的直徑(孔徑)。


可以看到:

a)泡點(diǎn)測(cè)定方法測(cè)得的實(shí)際是膜上的最大孔徑;

b)膜孔徑,即毛細(xì)管直徑 D 越小,泡點(diǎn)壓力越大。理論上,這個(gè)關(guān)系和膜的材質(zhì)無(wú)關(guān)。

這一原理在超濾中的一個(gè)重要應(yīng)用是完整性檢測(cè)。在超濾膜的一側(cè)為液體(水),另一側(cè)通入壓縮空氣。通過(guò)觀察氣體側(cè)壓力下降的速率,或者觀察液體側(cè)是否出現(xiàn)連續(xù)氣泡,來(lái)判斷膜的完整性。

當(dāng)然,進(jìn)一步拓展該原理的“氣體滲透法”不僅可以測(cè)定膜的最大孔徑,而且能夠測(cè)定膜的孔徑分布。