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超滤膜材料的特性以及孔径

时间:2019-10-18 10:10:51

在水处理中,微生物和有机物污染往往是造成超滤膜污染的主要原因,而氧化剂清洗则是恢复超滤过滤通量有效的手段,此时聚偏氟乙烯 (PVDF) 材质体现出了其优越性。


1、化学稳定性


聚偏氟乙烯 (PVDF) 材质的化学稳定性优异,耐受氧化剂(次氯酸钠等)的能力是聚醚砜、聚砜等材料的 10 倍以上。

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2、亲水性


人们相信,亲水性好的膜材料就不容易被污染,污染后也容易清洗恢复。亲水性往往采用接触角来衡量。

接触角的含义如下图所示,值越大,表明材料越疏水,当等于零时,表明液体(水)能浸润固体表面,以下是一些数据。

大量的研究结果发现,用接触角来评价膜的抗污染性能有一定的局限性。这是由于一方面接触角的测定数据本身不够准确,它受到被测材质表面的光滑程度、水的纯度以及测定技术的影响;另一方面,当浓差极化等问题突出时,膜本身性质的影响则退居次席。


超滤膜的孔径:


超滤膜通常采用不对称结构,即由致密的皮层和多孔的支撑层构成,通常支撑层的孔径要比皮层高一个数量级以上。这种结构有以下的优点:


a)致密的皮层提高了过滤的精度;

b)多孔的支撑层降低了过滤的阻力,并且使得穿过皮层的微小杂质被截留的几率降低。

这些优点使得超滤基本实现了表面过滤,清洗恢复性比微滤有明显的改善,因而其长期通量更稳定。

超滤膜的孔径有很多种测定和表征方法,其中泡点法是实施比较简便的一种。

泡点法理论基础是毛细现象。有如下的定量公式:

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式中:

- P 就是泡点压力,把膜浸入到水中,逐渐增加膜的一侧的气压,当观察到气泡连续从膜的另一侧逸出,此时的气压就是泡点压力;

- δ 是液体(水)/空气的表面张力;

- θ 是液体(水)-固体(膜)的接触角;

- D 是毛细管的直径(孔径)。


可以看到:

a)泡点测定方法测得的实际是膜上的最大孔径;

b)膜孔径,即毛细管直径 D 越小,泡点压力越大。理论上,这个关系和膜的材质无关。

这一原理在超滤中的一个重要应用是完整性检测。在超滤膜的一侧为液体(水),另一侧通入压缩空气。通过观察气体侧压力下降的速率,或者观察液体侧是否出现连续气泡,来判断膜的完整性。

当然,进一步拓展该原理的“气体渗透法”不仅可以测定膜的最大孔径,而且能够测定膜的孔径分布。


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