CN108939937A - 一种聚乙烯醇水凝胶增强膜蒸馏***通量的方法 - Google Patents

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贾可欣
邵洋
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Abstract

本发明提供了一种聚乙烯醇水凝胶增强膜蒸馏***通量的方法，涉及膜蒸馏分离技术领域。具体来说，该方法通过疏水膜覆盖一层聚乙烯醇水凝胶,减低膜蒸馏***中料液的蒸发潜热，增强料液的蒸发量，进而提高膜蒸馏***的通量。

Description

一种聚乙烯醇水凝胶增强膜蒸馏***通量的方法
技术领域
本发明涉及膜蒸馏分离技术领域。更具体来说，本发明涉及用于膜蒸馏领域中增强膜通量的疏水性/亲水性复合物薄膜领域。
背景技术
膜蒸馏属于一种热蒸馏技术，利用热蒸发过程来驱动物质分离，目前广泛应用于且不限于水脱盐、水脱挥发性有机物和食品加工等。
在膜蒸馏中，一般使用多孔的疏水薄膜将分离和被分离物质分开，加热一端蒸发进而实现物质的分离。与其他脱盐工艺相比，膜蒸馏能够在较低温度下运行，对于不挥发物质具有100%的选择性，能够处理极高浓度的盐水废液，甚至能够直接使盐结晶。目前膜蒸馏面临的困难为膜的通量较低，耐候性较差，进而限制了其在商业化中的应用。
进来的膜蒸馏研究主要是从膜出发，通过改变膜的制备方法，改变膜的结构、膜厚以及亲疏水性，研究如何增大薄膜的通量以及耐候性。其原理主要是减少膜的导热性和通过改变结构增加膜通量。
发明内容
针对膜蒸馏技术对通量增强的需求，本发明提出一种增强膜蒸馏通量的方法，可以和现行的膜蒸馏设备联用；其主要是通过在料液一端的疏水膜上修饰一层聚乙烯醇水凝胶来实现。
当这种负载有聚乙烯醇水凝胶的疏水膜用于膜蒸馏***时，聚乙烯醇水凝胶与待蒸发溶液直接接触。水从聚乙烯醇水凝胶表面蒸发时，部分水分子以团簇的方式离开水凝胶表面，水的蒸发潜热降低，增发量增大，进而增大***通量。同时，水凝胶隔绝了疏水膜与水的接触，能够避免水中一些油类有机物对疏水膜的污染，进而增强的分离膜的耐候性。
疏水膜与聚乙烯醇水凝胶复合膜制备的具体操作过程如下：
（1）配置聚乙烯醇水溶液：按照质量分数为5-25%将聚乙烯醇溶解在水中；
（2）将聚乙烯醇溶液涂覆在疏水膜表面，并使得水凝胶固化。
复合膜的使用方式：当将上述复合膜应用于膜蒸馏时，将水凝胶一侧与待蒸发溶液接触。
优选的，上述固化方法可以为在聚乙烯醇溶液中加入交联剂，如醛类、硼酸、环氧氯丙烷、可与聚乙烯醇通过配位络合形成凝胶的重金属盐；也可以通过反复冷冻或辐射使聚乙烯醇交联；或联用化学和物理交联的方法。
优选的，疏水膜可以为本征疏水的高分子材料，如聚偏二氟乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯，聚（偏二氟乙烯-共聚-六氟丙烯）；也可以为表面改性分子如氟修饰的亲水膜，或者为本征疏水材料与亲水材料的复合膜。
优选的，上述疏水膜不限于结构不限于薄膜，还可以是管结构。
优选的，上述涂覆方式可以为刮涂，旋涂，也可以为自然延流。
优选的，膜蒸馏***可以为直接接触膜蒸馏***，可以为空气隙膜蒸馏***，可以为减压膜蒸馏***，可以为气扫膜蒸馏***，可为吸收膜蒸馏（Osmotic distillation，OMD）***。
优选的，上述膜蒸馏***的料液可以为水/盐溶液，也可以为水/有机物混合溶液。
本发明的有益效果：（1）可应用于大多数现有的膜蒸馏***。水凝胶可降低水蒸发潜热一到四倍，在疏水膜表面覆盖水凝胶后，膜蒸馏***与原有***相比，通量能够提高一到四倍。（2）由于水凝胶表面蒸发潜热的降低，可以减少潜热回收装备的级数，或者不必要使用潜热回收装备。（3）同时水凝胶能够保护疏水膜免于接触料液中的油等有机物，进而提高疏水膜的耐候性。
附图说明
附图1 是实施例中水凝胶与疏水膜复合后用于膜蒸馏***中膜单元的截面图。1、疏水膜；2、水凝胶；3、料液罐；4、冷凝腔。该膜单元本身可以为平面膜，也可以为管状膜。
附图2是实施例中质量分数为10%的聚乙烯醇水凝胶对水蒸发增强的示意图，对应测量温度为26 oC，相对湿度为60%。
具体实施方式
为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施案例，对本发明进一步详细说明；应该理解，此处所述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1，负载有聚乙烯醇（PVA）水凝胶的聚偏二氟乙烯（PVDF）膜用于膜蒸馏装置：
（1）PVDF疏水膜制备：1.5 g PVDF溶解在8.5 g DMF中，搅拌一夜；在载玻片上刮涂成150 μm 厚的膜；浸入20 oC反溶剂水中，2h；重新泡在水中24 h，最后用乙醇清洗；在60 oC的烘箱中干燥24 h；
（2）聚乙烯醇水凝胶母液的制备：首先配置PVA溶液，以10 wt%为例，10 mL水中加入1gPVA，加热溶解后，加入250 μL质量分数为25%的戊二醛和50μL物质的量浓度为1.2 mol/L的盐酸；
（3）水凝胶对疏水膜的修饰：将上述配置好的PVA溶液涂覆在PVDF的一面，厚度为200μm，密封静止使得PVA水凝胶固化，即可得粘结性良好的复合膜；
（4）将上述复合膜应用于如附图1所示膜蒸馏装置单元中，其中水凝胶直接与进料液接触。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种聚乙烯醇水凝胶增强膜蒸馏***通量的方法，其特征在于，对膜蒸馏***中疏水膜的一面进行功能性修饰，覆盖一层聚乙烯醇水凝胶。
2.如权利1所述的一种聚乙烯醇水凝胶增强膜蒸馏***通量的方法中，其特征在于，将修饰后的疏水膜用于膜蒸馏***中时，负载在疏水膜上的水凝胶与待蒸发溶液接触。
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