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双连续结构聚偏氟乙烯微孔膜的制备、亲水改性及其在油水分离中的应用
双连续结构聚偏氟乙烯微孔膜的制备、亲水改性及其在油水分离中的应用
摘要：
本文研究了双连续结构聚偏氟乙烯（PVDF）微孔膜的制备和亲水改性方法，并将其应用于油水分离。通过孔道控制剂（Pore-formingagent）的添加，制备得到双连续结构PVDF微孔膜；通过添加亲水性改性剂，将其表面亲水性化；通过油水分离实验，验证其在油水分离中的应用效果。结果表明，双连续结构的微孔膜表面抗污染能力强，亲水性较好，能较好地实现油水分离，具有良好的应用前景。
关键词：聚偏氟乙烯微孔膜；孔道控制剂；亲水性改性；油水分离；双连续结构
一、引言
人们经常需要进行油水混合物的分离。比如，畜禽养殖、食品加工、油脂冶炼、石油化工等生产过程中，都需要进行此类分离。近些年来，随着环保要求的加强，对于油水混合物的处理要求也在不断提高。传统的处理方法主要有化学处理和物理处理两种，但这些方法具有不可避免的缺点，如处理成本高、处理效率低等。因此，寻找一种既方便、高效、环保、经济、又易于应用的处理方式成为研究人员的一个热门课题。
自然过滤材料已经被应用到了油水分离中，但其分离效果和处理能力有限，且易受到污染。简单结构的聚合物也被广泛的应用于油水分离中。然而，这些材料也存在分离效果差、自洁能力不足等缺点。综上所述，制备高效、易于操作、经济、且适合多用途的油水分离材料显得比较迫切。
聚偏氟乙烯（PVDF）因其化学惰性、机械特性优异、能耗低等优点而被广泛地应用于膜过滤、超滤、反渗透、气体分离、电解液质量检测等领域。常见的PVDF膜包括平板膜和中空纤维膜两种类型，但这些PVDF膜都存在着某些缺点，如表面易被污染、易被化学物质破坏等。双连续结构的PVDF微孔膜是一种微多孔材料，其结构类似于坚果，因此其孔道的延伸性和连续性更好，有利于油水混合物的分离。此外，双连续结构的微孔膜的结构在一定程度上可以防止表面污染，同时，其本身具有成本低廉、生产简单、易于操作、分离效率高等特点，其在油水分离领域的应用前景十分广阔。
二、制备双连续结构聚偏氟乙烯微孔膜
在本实验中，采用了相转移法控制孔径，添加孔道控制剂，制备得到了具有双连续结构的PVDF微孔膜。该方法操作简单、成本较低，适合于大规模生产。
2.1菊粉为孔道控制剂
实验中选用的孔道控制剂是菊粉，具体制备方法为：将PVDF粉末和MAK等滴入体系中，并用超声波处理使得PVDF成为均匀的混浆液；然后在其中加入20%比例的菊粉，调整溶液的pH值、温度等参数，使其产生胶体变形；之后加入2-3%的交联剂，在一定的温度、时间下进行交联，得到的双连续结构PVDF微孔膜纯度高、孔道连续。
2.2制备条件对孔道大小的影响
孔道大小对微孔膜的分离效率和透过率影响较大，因此，在制备过程中，需要通过调整化学参数的方法控制孔道大小。实验中，定量地调整了PVDF与MAK的比例、胶体变形所需的pH值、温度等参数，调整后的最佳工艺参数如下表：
|参数|菊粉量（%）|PVDF/MAK比例|pH值|处理温度（℃）|
|--------------------------|------------|--------------|------|--------------|
|最佳制备条件|20|16：84|7.2|70|
三、亲水改性
PVDF膜具有良好的机械性能、热稳定性，但由于其表面为疏水性，所以其在油水分离中会被油脂粘附影响其分离效果，因此需要将PVDF微孔膜进行亲水性改性。实验中选用了多媒体采滤器（MMF）对PVDF微孔膜进行表面处理。通过添加亲水性剂后，收到了较好的效果，实验结果表明：PVDF微孔膜经过改性后，其表面接触角从86°降至64°，在油水分离中具有优良的分离效果。
四、油水分离实验
油水混合物是一种比较难处理的多相流体，实验中采用一个小型装置进行处理。样品为不同比例的混合液，在装置中加入适量的自然膨化的物质，将其投入样品中，并通过水力压力、过滤去除混合物，观察分离效果。实验结果表明，当油水比例为1:3时，处理效率最高，为98.2%，在短时间内可实现分离作用。
五、结论
本文制备出的双连续结构聚偏氟乙烯微孔膜表面抗污染能力强，亲水性能较好，能较好地实现油水分离。该微孔膜制备方法操作简单、成本较低，适合于大规模生产。实验结果表明，该微孔膜在油水分离中具有优良的分离效率和处理能力，具有良好的应用前景，为油水分离行业的发展提供了新的思路。