PTFE基光热纳米纤维膜的制备及其膜蒸馏性能研究
太阳能为可持续海水淡化、缓解世界水资源短缺问题带来了巨大的希望。近年来，太阳能蒸发器因太阳能的高利用率而受到人们的广泛关注，然而，由于缺乏有效的蒸气凝结和清洁水收集系统，其蒸气收集效率低。近年来，一种新的光热膜蒸馏（MD）工艺应运而生，实现了简单和高效的清洁蒸气产生、冷凝和收集一体化。将光热材料整合到膜上制备出功能性MD膜，可以充分利用太阳能，通过光热效应实现膜-进料侧界面的局部加热，为蒸气传输提供高效的跨膜温度梯度，有效地解决了传统MD工艺的高耗能、热损失和温差极化等问题，成为近年来膜蒸馏领域的重要研究方向。 本文基于静电纺丝及静电纺丝衍生技术，以具有极低表面能的聚四氟乙烯（PTFE）为原料，结合炭黑（CB）的光热性能，分别借助纳米掺杂技术与层层复合技术，制备了兼具稳定高通量与优异截盐率的超疏水CB/PTFE光热纳米纤维膜以及CB-PVA/PVDF/PTFE光热复合膜，为新型PTFE基光热膜蒸馏用膜的开发提供新思路。具体研究内容如下： （1）采用静电溶吹技术，在PTFE纺丝液体系中引入CB，结合焙烧工艺（390℃），制备了CB/PTFE复合纳米纤维膜。其中CB的添加量为2％时，综合性能较佳，膜呈现粗糙的纳米纤维和微球结构，纤维均匀，微球大小适中，其粗糙度为4.07±0.33μm，静态接触角为161.0±2.6°，滚动接触角为7.7±1.5°，达到了超疏水特性；在240~2600nm波段内的平均吸光率高达99.97%，在1kWm-2光照强度照射下，CB/PTFE复合膜表面温度相对纯PTFE膜提高了13℃，表现出优异的光吸收和光热转化性能，渗透通量为1.42L·m-2·h-1，截盐率在99.99%以上。 （2）基于静电纺丝技术和层层复合工艺，以CB/PVA作为亲水光热层、PVDF作为中间粘结层、PTFE作为疏水基层，成功制备出CB-PVA/PVDF/PTFE亲/疏水光热复合膜。当CB添加量为15%时，纤维整体形貌良好，并具有优异的光吸收和光热转化能力，在240~2600nm波长范围内平均吸光率可达到99.96%，在1kW·m-2光照强度下，复合膜表面温度相对纯PVA膜提高了22.9℃，膜稳定后通量可达1.51L·m-2·h-1，截留率为99.99%以上。CB/PVA亲水光热层具有良好的亲水性，与污染物之间易形成水化层，进行抗污性能测试和SEM表征，与纯PTFE膜相比，CB-PVA/PVDF/PTFE膜对含污染物的进料液表现出良好的抗污性能，可保持较高的水通量和截留率，表明具有疏水衬底和亲水表层的复合膜在MD膜中具有强大的抗污染能力，在处理高盐度污染废水方面具有很大的潜力。
聚四氟乙烯;炭黑;静电纺丝;光热膜蒸馏;抗污性能
天津工业大学
硕士
纺织工程
康卫民;孙宜东
2022
中文
TQ325.4
2023-07-10（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）