基于增强型FEP中空纤维膜表面及界面微尺度梯度调控机理研究
批准号:
52103035
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
陈凯凯
依托单位:
学科分类:
高分子材料加工与成型
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈凯凯
中文摘要
本项目面向废油(润滑油和煤油、柴油、汽油以及苯类、卤代烃等油性化合物)再生(除杂脱水)和环保需求,从高分子加工原理出发,根据热力学相容性理论和化学纤维皮/芯复合纺丝原理,以增强界面层分离膜理论为基础,发挥碳吸附与膜分离协同作用,研究集高强度和高分离精度于一体的增强型FEP中空纤维膜,重点构筑疏水、耐热、耐油污、耐化学试剂的多尺度微纳结构表面分离层,建立从增强体到外表面多级微孔结构的梯度分布,阐明成膜体系组成、增强体结构、复合成形、操作温度和压力等对膜结构与性能影响;建立油品传质与分离模型关系以及高效膜油污染清洗方法;实现中空纤维膜平均孔径0.01~2.0μm范围可控,除水除杂率大于99.99%以上目标,为规模开发面向废油再生的新一代增强型中空纤维膜提供科学依据和技术支撑。
英文摘要
This project is aiming at the regeneration (impurity removal and dehydration) of used oil (lubricating oil, kerosene, diesel oil, gasoline and oily compounds like benzene, halogenated hydrocarbons) and environmental protection. Based on the principles of polymer processing, thermal dynamic theory and shear-core spinning , the reinforced FEP hollow fiber membrane with high-strength and separation accuracy would be designed by the synergistic effect of carbon adsorption and membrane separation. The project focuses on designing a micro-nano structure surface separation layer that is hydrophobic, thermal-resistance, oil-resistance, and chemical-resistance etc., in order to establish a gradient distribution of multi-level microporous structure. The influences of membrane composition, support structure, forming technology, operating temperature and pressure on the membrane structure and performance are evaluated in detail. The relationship between oil mass transfer and separation model, and the efficient and low-cost cleaning method of membrane oil pollution were established, respectively.The average pore diameter of hollow fiber membrane will be controllable in the range of 0.01 ~ 2.0μm, and the water and impurity removal rate will be more than 99.99%. The project will provide a scientific basis for the large-scale development of novel reinforced perfluorinated polymer hollow fiber membrane for used oil regeneration.
现阶段我国废油再生技术多采用间歇生产方式,再生油产品的品质较差,不仅造成能源浪费,而且易产生污染水体、大气和土壤的有害物质。膜分离技术具有能耗低、效率高、操作方便、环境友好、可与其它技术集成等特点,是目前最受关注的过滤处理技术。常用的均质聚合物中空纤维膜耐热、耐油污、耐化学试剂以及力学性能(轴向抗拉和径向抗压)较差且易被污染,限制了在废油再生领域应用。全氟聚合物特性突出,特别是聚四氟乙烯(PTFE)具有优异的化学和热稳定性等,作为苛刻环境条件下过滤材料而被广泛应用。但是PTFE加工性能差,难以采用熔融或溶液纺丝法制成中空纤维膜,此外,“不溶不熔”也使各种废弃PTFE材料的再利用成为难题。为克服PTFE的不足,开发可熔融加工的热塑性全氟聚合物一直受到高度重视。其中,聚全氟乙丙烯(FEP)最具代表性,其可看做三氟甲基取代PTFE主链上氟原子得到,分子链柔性增加,加工性能明显改善。石墨烯二维蜂窝状晶格结构的碳基新材料,具有优异的吸附、导电及力学特性等。本项目面向废油再生和环保需求,从高分子加工原理出发,根据热力学相容性理论和化学纤维皮/芯复合纺丝原理,以增强界面层分离膜理论为基础,发挥碳吸附与膜分离协同作用,以石墨烯和FEP组成的多相成膜体系,耐热、耐化学试剂、高强纤维编织管为增强体,在外电场作用下,诱导石墨烯沿膜的径向梯度分布并择优富集膜表层,研究集高强度和高分离精度于一体的增强型FEP中空纤维膜,重点构筑疏水、耐热、耐油污、耐化学试剂的多尺度微纳结构表面分离层,调控和定型表面分离层形态和孔结构。本研究结果阐明连续铸膜液/增强体共挤出-复合-固化成形及增强体预处理过程中表面分离层与增强体之间界面结合状态及聚集态结构的有效调控方法,(建立基于增强界面层分离膜理论为基础构造多尺度微纳结构表面分离层及稳定性调控的科学方法,开发耐热、耐油污、耐化学试剂和力学性能良好、适用于连续、高效废油再生的增强型中空纤维膜,膜渗透通量可达600LMH,截留率达99%,在SCI、EI收录期刊上发表15篇研究论文,申请国家发明专利7件,授权3件,为规模开发面向废油再生的新一代增强型中空纤维膜提供科学依据和技术支撑。
国内基金
海外基金