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HDPE:EVA对高密度聚乙烯共混膜真空膜蒸馏性能的影响
《中国化学工程学报》 唐娜 张蕾 / 时间:2019-09-23 10:06:05

  据中国化学工程学报微信公众平台2019年9月23日讯 天津科技大学化工与材料学院唐娜、华欣欣、李昭、王佳婷、项军、程鹏高、王学魁、张蕾等人《乙烯-醋酸乙烯含量对高密度聚乙烯共混膜真空膜蒸馏性能的影响(Effect of ethylene vinyl acetate content on the performance of VMD using HDPE co-blending membrane)》发表在《中国化学工程学报》上(DOI:https://doi.org/10.1016/j.cjche.2018.12.004)。
  为获得力学性能优异,脱盐性能稳定的用于真空膜蒸馏的疏水膜,采用高密度聚乙烯(HDPE)和乙烯醋酸乙烯聚合物(EVA)进行共混,以二苯醚为稀释剂,二亚苄基山梨醇(DBS)为成核剂,在180℃下通过热致相分离法制备了聚乙烯共混疏水微孔膜,并将其用于真空膜蒸馏(VMD)性能研究。通过调节聚合物浓度、HDPE/EVA重量比、凝胶浴温度,制得不同条件下的膜。通过扫描电镜(SEM)分析、接触角测试、孔隙率和孔径分布等方法对膜进行了表征。
  研究结果表明,铸膜液体系中随着聚合物含量不断增大,体系的结晶温度不断上升,浊点温度不断下降,最终在偏晶点处汇合。体系中EVA含量的增大扩大了体系的L-L相分离区,使得相同条件下能进行更长时间的L-L相分离,有利于微孔膜蜂窝状大孔的实现,这与扫描电镜图所观测的结果相一致。另外还考察了聚合膜的疏水性能,通过接触角测定仪测定的结果发现,所制备膜的接触角均在110°~130°之间,这得益于制膜材料均属于疏水性材料,物理共混后仍保留了材料的良好的疏水性能。对共混膜进行机械性能测试,发现随着EVA含量不断增大,共混膜的拉伸强度从30MPa下降到18MPa,断裂伸长率从44%上升到了54%,可见EVA的加入有助于改善膜的韧性。此外膜的厚度及孔隙率主要由聚合物含量所影响,具体表现为随着聚合物含量从20wt%不断增大到30wt%,膜的厚度也不断增大,从167.43μm增大到了190.82μm。而聚合物含量的增大也会使得相同刮膜条件下制得的膜的孔隙率有所下降,从70.68%逐渐下降到64.55%,孔隙率的下降会对膜蒸馏产生一定的影响。通过孔径分布测定发现,EVA的加入使得膜的平均孔径更大,这与前面对体系相图的分析结果一致。孔径的增大有助于膜蒸馏时减小传质阻力,但孔径过大会使得膜的液体穿透压减小,这样会让膜更容易被润湿,导致脱盐性能下降。实验结果发现当HDPE:EVA=3:1时,膜的液体穿透压最大,且膜的平均孔径在0.47~0.52μm之间。


HDPE:EVA对高密度聚乙烯共混膜真空膜蒸馏性能的影响


  最后对所制得的膜样品进行真空膜蒸馏实验,评价膜的渗透性能和脱盐性能。实验结果发现,随着聚合物含量不断增大,膜的渗透通量逐渐下降,这是由于聚合物含量的增多降低了膜的孔隙率,使得传质阻力不断增大;随着EVA含量的不断增大,膜的渗透通量呈现出先上升后下降的趋势,而膜的脱盐率整体在99.9%以上,维持了较好的脱盐性能。最后对膜进行真空膜蒸馏运行稳定性研究发现当聚合物含量为23wt%,HDPE:EVA=3:1时,共混膜的稳定运行时间达到了35h,最后膜发生润湿,通量急剧上升,脱盐率急剧下降。
  通过添加EVA到HDPE中利用热致相分离法制得了疏水微孔膜并用于真空膜蒸馏实验。EVA的加入提升了膜的韧性,改善了膜孔结构,共混膜的水接触角均在120°左右。采用NaCl水溶液(0.5mol/L)进行真空膜蒸馏实验,进料温度为65℃,渗透侧绝对压力为3kPa,聚合物含量为20wt%,HDPE:EVA=3:1时共混膜的渗透通量最大,为23.87kg·m-2·h-1,截留率达到99.9%。
  通讯作者及团队介绍
HDPE:EVA对高密度聚乙烯共混膜真空膜蒸馏性能的影响  张蕾,天津科技大学化工与材料学院,副教授,博士,毕业于天津大学,入选天津市”131人才”工程,入选天津市第一批”青年优秀教师培育计划”。
  本团队主要从事海卤水资源综合利用、盐科学与工程以及膜与膜过程研究,包括海水、淡化浓海水和卤水资源综合利用技术;新型分离技术及工艺优化;新型品种盐及功能盐开发;海水淡化及水处理等膜材料和膜过程;海水、淡化浓海水、苦咸水浓缩淡化技术及装备研发。