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超濾膜材料的特性以及孔徑

時間:2019-10-18 10:10:51

在水處理中,微生物和有機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超濾過濾通量有效的手段,此時聚偏氟乙烯 (PVDF) 材質體現出了其優越性。


1、化學穩定性


聚偏氟乙烯 (PVDF) 材質的化學穩定性優異,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。親水性往往采用接觸角來衡量。

接觸角的含義如下圖所示,值越大,表明材料越疏水,當等于零時,表明液體(水)能浸潤固體表面,以下是一些數據。

大量的研究結果發現,用接觸角來評價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定數據本身不夠準確,它受到被測材質表面的光滑程度、水的純度以及測定技術的影響;另一方面,當濃差極化等問題突出時,膜本身性質的影響則退居次席。


超濾膜的孔徑:


超濾膜通常采用不對稱結構,即由致密的皮層和多孔的支撐層構成,通常支撐層的孔徑要比皮層高一個數量級以上。這種結構有以下的優點:


a)致密的皮層提高了過濾的精度;

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

這些優點使得超濾基本實現了表面過濾,清洗恢復性比微濾有明顯的改善,因而其長期通量更穩定。

超濾膜的孔徑有很多種測定和表征方法,其中泡點法是實施比較簡便的一種。

泡點法理論基礎是毛細現象。有如下的定量公式:

4.png

式中:

- P 就是泡點壓力,把膜浸入到水中,逐漸增加膜的一側的氣壓,當觀察到氣泡連續從膜的另一側逸出,此時的氣壓就是泡點壓力;

- 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 是毛細管的直徑(孔徑)。


可以看到:

a)泡點測定方法測得的實際是膜上的最大孔徑;

b)膜孔徑,即毛細管直徑 D 越小,泡點壓力越大。理論上,這個關系和膜的材質無關。

這一原理在超濾中的一個重要應用是完整性檢測。在超濾膜的一側為液體(水),另一側通入壓縮空氣。通過觀察氣體側壓力下降的速率,或者觀察液體側是否出現連續氣泡,來判斷膜的完整性。

當然,進一步拓展該原理的“氣體滲透法”不僅可以測定膜的最大孔徑,而且能夠測定膜的孔徑分布。


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