CN113101817B - 一种包含纳米级低导热材料和高聚物的共混低导热膜及其制备方法和应用 - Google Patents

一种包含纳米级低导热材料和高聚物的共混低导热膜及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN113101817B
CN113101817B CN202110437438.6A CN202110437438A CN113101817B CN 113101817 B CN113101817 B CN 113101817B CN 202110437438 A CN202110437438 A CN 202110437438A CN 113101817 B CN113101817 B CN 113101817B
Authority
CN
China
Prior art keywords
membrane
low
heat
thermal
conductivity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110437438.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113101817A (zh
Inventor
唐娜
陈乃麟
项军
田桂英
程鹏高
张蕾
王松博
杜威
张建平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin University of Science and Technology
Original Assignee
Tianjin University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin University of Science and Technology filed Critical Tianjin University of Science and Technology
Priority to CN202110437438.6A priority Critical patent/CN113101817B/zh
Publication of CN113101817A publication Critical patent/CN113101817A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113101817B publication Critical patent/CN113101817B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/30—Polyalkenyl halides
    • B01D71/32—Polyalkenyl halides containing fluorine atoms
    • B01D71/34—Polyvinylidene fluoride
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/36—Pervaporation; Membrane distillation; Liquid permeation
    • B01D61/364—Membrane distillation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0079—Manufacture of membranes comprising organic and inorganic components
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/02—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor characterised by their properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/08—Polysaccharides
    • B01D71/10—Cellulose; Modified cellulose
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/26—Polyalkenes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/52—Polyethers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/56—Polyamides, e.g. polyester-amides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/66—Polymers having sulfur in the main chain, with or without nitrogen, oxygen or carbon only
    • B01D71/68—Polysulfones; Polyethersulfones
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/02—Treatment of water, waste water, or sewage by heating
    • C02F1/04—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
    • C02F1/447—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis by membrane distillation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
    • B01D2325/22—Thermal or heat-resistance properties
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
    • Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

本发明公开一种包含纳米级低导热材料和高聚物的共混低导热膜及其制备方法和应用，所述共混低导热膜以疏水性或者经疏水改性的高聚物材料为主体，并添加有纳米级低导热材料，其中基于质量百分比，所述纳米级低导热材料占所述共混低导热膜的0‑10％，且不为0，所述共混低导热膜孔径分布窄并且均匀，孔径0.3μm～0.5μm，孔隙率为30％～80％。本发明通过在膜蒸馏用膜中添加纳米级低导热材料，利用其独特的性能，大大提高膜蒸馏及相关膜过程的通量及热量利用率。所制备的膜具有孔径分布均匀，透气性优良，运行稳定，热导率较低，特别适用于膜蒸馏过程，使膜两侧的温度差、蒸汽压差增大，提高传质效率的同时减少MD热量损失、提高膜蒸馏过程热效率并优化传质效率。

Description

一种包含纳米级低导热材料和高聚物的共混低导热膜及其制 备方法和应用
技术领域
本发明属于高分子材料科学与膜分离技术领域，涉及物料分离、浓缩、提纯等技术，具体涉及一种包含纳米级低导热材料和高聚物的共混低导热膜及其制备方法和应用。
背景技术
由于世界各地对淡水的需求日益增加，膜蒸馏(Membrane Distillation，简称MD)引起了科研人员广泛关注。MD从理论上截留率可达100％，是一种高效的膜分离技术，可以有效地利用太阳能、地热、工业废热和海水余热等廉价能源，操作压力远低于纳滤和反渗透等膜分离过程，分离机制仅允许挥发性成分(蒸汽)透过疏水多孔膜。然而，膜蒸馏技术提出至今并未大规模工业化，核心的难题包括膜材料，膜组件设计，膜工艺和能源的利用率等方面。最关键的核心技术是针对于膜蒸馏特点设计结构优良、制备性能稳定优异的疏水多孔膜。
膜材料对膜蒸馏的性能起决定性的作用。近年来膜蒸馏的研发主要集中与聚四氟乙烯(PTFE)，聚偏氟乙烯(PVDF)和聚丙烯(PP)。上述材料疏水性能良好，并且有良好的化学稳定性和热稳定性。目前膜蒸馏所使用的膜商品膜居多，专门用于膜蒸馏的膜还比较少。MD过程中主要消耗的能量由热能组成。耗热量占总能耗的90％以上；膜蒸馏过程的热效率可以表示为汽化潜热与总热(潜热、传导)之比。为了获得高通量，必须保持膜两侧的温差，两侧温差大又会导致很大部分的热量通过热损失，使得膜蒸馏的热效率低。因此，必须提高MD工艺的热效率。
膜蒸馏虽然可以有效利用廉价热源，但是热效率远低于其他热法浓缩工艺，所以提高膜蒸馏热效率对降低膜蒸馏能耗，促进膜蒸馏工业化具有长远意义。专利CN200410037319公开了通过改善膜蒸馏工艺的方法，同时提高膜蒸馏通量和热效率，但是仅从工艺角度增加了膜组件及设备的复杂性，改善程度有限。专利CN101829502A使用气凝胶复合膜或共混来制备膜蒸馏用疏水微孔膜材料，提高了膜蒸馏的通量及热效率，但是气凝胶材料成本较高，工业化可能会收到影响。
综上所述，寻找一种高通量、高热效率的膜蒸馏工艺用疏水微孔膜是人们所希望的。
为了解决以上问题，提出本发明。
发明内容
本发明的目的是针对现有膜蒸馏及相关膜过程微孔膜及其制备技术的不足，提供一种新型膜蒸馏用膜材料，该膜材料基于其独特性能及结构，使膜蒸馏及相关膜过程具有渗透通量高，热量利用率高等显著特点。
本发明第一方面提供一种包含纳米级低导热材料和高聚物的共混低导热膜，所述共混低导热膜以疏水性或者经疏水改性的高聚物材料为主体，并添加有纳米级低导热材料，其中基于质量百分比，所述纳米级低导热材料占所述共混低导热膜的0-10％，且不为0，所述共混低导热膜孔径分布窄并且均匀，孔径0.3μm～0.5μm，孔隙率为30％～80％。所述共混低导热膜透气性优良，共混低导热膜热导率较低，特别适用于膜蒸馏过程，使膜两侧的温度差、蒸汽压差增大，提高传质效率的同时减少MD热量损失、提高膜蒸馏过程热效率。
优选地，所述纳米级低导热材料的导热系数低于0.10W/m·K。
优选地，所述纳米级低导热材料的尺寸为20nm-200nm。
优选地，所述纳米级低导热材料为无机或者有机材料，无机材料选自硅酸铝、硅酸钙、无机保温砂浆、发泡水泥、膨胀珍珠岩或膨胀蛭石中一种或几种；有机材料选自聚苯胶粉颗粒、发泡聚氨酯、热固性酚醛树脂中一种或者几种。
优选地，所述高聚物材料选自聚偏氟乙烯PVDF、聚丙烯PP、纤维素类、聚砜类，聚酰胺类，聚醚类、聚烯烃类、乙烯基聚合物。
优选地，所述的共混低导热膜的形态可以是平板膜、螺旋卷式膜、中空纤维膜或圆管式膜。
本发明第二方面提供一种所述的共混低导热膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)按比例称取原料，其中基于质量百分比，高聚物材料含量为10％～18％，有机溶剂含量为72％～90％，添加剂含量为0％～5％，纳米级低导热材料含量为0～10％，且纳米级低导热材料含量不为0％；
(2)将步骤(1)称取的混合原料加入反应器中，在60℃的恒温水浴下电动搅拌约12h，形成均匀稳定的铸膜液，常温下静置脱泡12h，得到均相铸膜液；
(3)将(2)所得铸膜液用刮刀在无纺布上刮涂200μm的液膜，放入凝固浴中，待其相分离完毕取出后用去离子水冲洗；
(4)将步骤(3)成型的膜转入去离子水中浸泡24h，使溶剂被完全萃取，即得包含纳米级低导热材料和高聚物的共混低导热膜。
优选地，步骤(1)中添加剂为致孔剂，包括高分子添加剂如聚乙二醇PEG400、有机小分子、无机小分子、丙酮或水中的一种或几种，有机小分子选自甘油，无机小分子选自LiCl；步骤(3)中凝固浴为甲醇、乙醇、丙醇或水中的一种或者几种组合。
本发明第三方面提供一种所述的共混低导热膜的应用，所述的共混低导热膜可以用于膜蒸馏及相关膜蒸馏过程，所述膜蒸馏过程可以是直接接触式膜蒸馏、气隙式膜蒸馏、真空膜蒸馏、渗透蒸馏或者渗透汽化的任何一种膜过程；其传质机理为膜作为两相之间的屏障，仅允许水蒸气和挥发性组分蒸汽通过膜孔。
本发明第四方面提供一种提高用于膜蒸馏的高聚物膜的通量和热量利用率的方法，在所述高聚物膜的制备过程中加入纳米级低导热材料，以提高高聚物膜的孔径和隔热效果，进而提高高聚物膜的通量和热量利用率。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供一种包含纳米级低导热材料和高聚物的共混低导热膜，所述共混低导热膜以疏水性或者经疏水改性的高聚物材料为主体，并添加有纳米级低导热材料，其中基于质量百分比，所述纳米级低导热材料占所述共混低导热膜的0-10％，且不为0，所述共混低导热膜孔径分布窄并且均匀，孔径0.3μm～0.5μm，孔隙率为30％～80％。本发明通过在MD用疏水微孔膜中添加纳米级低导热材料，利用其独特的性能，大大提高膜蒸馏及相关膜过程的通量及热量利用率。所制备的膜具有孔径分布均匀，透气性好并且机械性能良好；纳米级低导热材料成本低廉，结构可控，共混后使MD膜两侧的温度差、蒸汽压差增大，降低了整个膜热导率，热传导损失和热量损失，因而越有利于减小降低膜的传质阻力，提高热效率。该共混低导热膜与PVDF原膜对比实验结果表明，期间运行稳定，共混低导热膜的渗透通量及热效率均高于PVDF膜，热效率提升约2-4倍。
2、本发明在高聚物膜制备过程中添加低导热材料可以减少跨膜的热量损失，改善膜的结构性能，保持膜两侧的温差的前提下提高高聚物膜热效率。低热导率材料具有保温，环保，无毒无害，成本低等特点，广泛用于环保、建筑、制造和化工等行业。例如硅酸铝保温纳米颗粒，一种新型绿色无机材料，具有优良的吸音、耐高温、耐水、耐冻性能、低导热率、优良的热稳定性及化学稳定性，低热导率材料具有保温隔热功能。而由于膜蒸馏应用过程中热工质与膜材料直接接触，部分热量会通过跨膜传递而损失，热效率降低，造成大量能源浪费。本发明恰恰利用该特点在保持膜两侧的温差的前提下提高膜热效率。
3、本发明添加的低导热材料为纳米级，纳米粒子可以促进聚合物成核，扩大膜的孔径和孔径分布，进而增大膜的渗透通量。本发明通过添加纳米级低导热材料对膜进行共混改性是一种用于提高膜通量和热效率的简单有效，经济适用的改性方法。
附图说明
图1为实施例1的膜断面SEM图；
图2为实施例2的膜断面SEM图；
图3为对比例1的膜断面SEM图；
图4为纳米级低导热材料硅酸铝的含量与共混低导热膜热效率之间的关系。
图5为纳米级低导热材料聚苯胶粉的含量与共混低导热膜热效率之间的关系。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行说明，但本发明的实施方式不限于此。
下面对本发明通过实施例作进一步说明,但不仅限于本实施例。实施例中未注明具体条件的实验方法,通常按照常规条件以及手册中所述的条件,或按照制造厂商所建议的条件所用的通用设备、材料、试剂等,如无特殊说明,均可从商业途径得到。以下实施例和对比例中所需要的原料均为市售。
实施例1
(1)聚偏氟乙烯的质量分数12wt.％，纳米硅酸铝的质量分数为2wt.％，溶剂DMAC82wt.％，添加剂LiCl 3wt.％，丙酮1wt.％；
(2)将步骤(1)称取的混合原料加入反应器中，在60℃的恒温水浴下电动搅拌约12h，形成均匀稳定的铸膜液，常温下静置脱泡12h，得到均相铸膜液；
(3)将(2)所得铸膜液用刮刀在无纺布上刮涂150μm的液膜，先浸入凝胶浴乙醇水溶液5分钟，待其相分离完毕取出后用去离子水冲洗；
(4)将步骤(3)制得的膜转入去离子水中浸泡24h，使溶剂被完全萃取，即得本发明的聚偏氟乙烯/纳米硅酸铝共混低导热膜。
共混低导热膜断面顶层有少量指状孔，其余结构均为海绵孔结构，连通性较好，所得产品膜孔隙率49.28％，平均孔径0.1846μm，透气性1.5091L·cm-2·cm-1，导热系数0.1064W/m·K，水接触角101.18°，拉伸强度22.47MPa。应用于3.5％NaCl水溶液的直接接触式膜蒸馏过程，当进料流量为45L·h-1，进料温度为70℃时，膜通量21.48kg·m-2·h-1，截留率99.95％。热效率为12.74％。
实施例2
(1)聚偏氟乙烯的质量分数12wt.％，纳米硅酸铝的质量分数为4wt.％，溶剂DMAC80wt.％，添加剂LiCl 3wt.％，丙酮1wt.％；
(2)将步骤(1)称取的混合原料加入反应器中，在60℃的恒温水浴下电动搅拌约12h，形成均匀稳定的铸膜液，常温下静置脱泡12h，得到均相铸膜液；
(3)将(2)所得铸膜液用刮刀在无纺布上刮涂150μm的液膜，先浸入凝胶浴乙醇水溶液5分钟，待其相分离完毕取出后用去离子水冲洗；
(4)将步骤(3)制得的膜转入去离子水中浸泡24h，使溶剂被完全萃取，即得本发明的聚偏氟乙烯/纳米硅酸铝共混低导热膜。
膜断面少量指状孔结构，均为海绵状层结构，能看到纳米硅酸铝散布在膜断面中，所得产品膜孔隙率51.37％，平均孔径0.2575μm，透气性0.2132L·cm-2·cm-1，导热系数0.0976W/m·K，水接触角108.2°，拉伸强度26.73MPa。应用于3.5％NaCl水溶液的直接接触式膜蒸馏过程，当进料流量为45L·h-1，进料温度为70℃时，膜通量29.73kg·m-2·h-1，截留率99.96％，热效率为19.83％。
实施例3
(1)聚偏氟乙烯的质量分数12wt.％，纳米聚苯胶粉颗粒的质量分数为2wt.％，溶剂DMAC 82wt.％，添加剂LiCl 3wt.％，丙酮1wt.％；
(2)将步骤(1)称取的混合原料加入反应器中，在60℃的恒温水浴下电动搅拌约12h，形成均匀稳定的铸膜液，常温下静置脱泡12h，得到均相铸膜液；
(3)将(2)所得铸膜液用刮刀在无纺布上刮涂150μm的液膜，先浸入凝胶浴乙醇水溶液5分钟，待其相分离完毕取出后用去离子水冲洗；
(4)将步骤(3)制得的膜转入去离子水中浸泡24h，使溶剂被完全萃取，即得本发明的聚偏氟乙烯/聚苯胶粉颗粒共混低导热膜。
所得产品膜孔隙率46.93％，平均孔径0.1623μm，透气性0.1532L·cm-2·cm-1，导热系数0.1039W/m·K，水接触角104.2°，拉伸强度22.73MPa。应用于3.5％NaCl水溶液的直接接触式膜蒸馏过程，当进料流量为45L·h-1，进料温度为70℃时，膜通量17.61kg·m-2·h-1，截留率99.95％，热效率为9.54％。
对比例1
(1)聚偏氟乙烯的质量分数12wt.％，溶剂DMAC 84wt.％，添加剂LiCl 3wt.％，丙酮1wt.％；
(2)将步骤(1)称取的混合原料加入反应器中，在60℃的恒温水浴下电动搅拌约12h，形成均匀稳定的铸膜液，常温下静置脱泡12h，得到均相铸膜液；
(3)将(2)所得铸膜液用刮刀在无纺布上刮涂150μm的液膜，先浸入凝胶浴乙醇水溶液5分钟，待其相分离完毕取出后用去离子水冲洗；
(4)将步骤(3)制得的膜转入去离子水中浸泡24h，使溶剂被完全萃取，即得对比的聚偏氟乙烯疏水微孔膜。
膜断面指状孔结构占据膜断面，所得产品膜孔隙率42.52％，平均孔径0.1243μm，透气性0.9055L·cm-2·cm-1，导热系数0.1237W/m·K，水接触角92.03°，拉伸强度18.32MPa。应用于3.5％wt NaCl水溶液的直接接触式膜蒸馏过程，当进料流量为45L·h-1，进料温度为70℃时，膜通量12.57kg·m-2·h-1，截留率99.92％，热效率为6.72％。
本发明通过在MD用疏水微孔膜中添加纳米级低导热材料，利用其独特的性能，大大提高膜蒸馏及相关膜过程的通量及热量利用率。所制备的膜具有孔径分布均匀，透气性好并且机械性能良好；纳米级低导热材料成本低廉，结构可控，共混后使MD膜两侧的温度差、蒸汽压差增大，降低了整个膜热导率，热传导损失和热量损失，因而越有利于减小降低膜的传质阻力，提高热效率。该共混低导热膜与PVDF原膜对比实验结果表明，期间运行稳定，共混低导热膜的渗透通量及热效率均高于PVDF膜，热效率提升约2-4倍。
上述的实施例只是为了更好的解释本发明，其不应该理解为对本发明的限制。本领域的技术人员根据本发明所采用的等同变换或等同替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (7)

1.一种包含纳米级低导热材料和高聚物的共混低导热膜，其特征在于，所述共混低导热膜以疏水性或者经疏水改性的高聚物材料为主体，并添加有纳米级低导热材料，其中基于质量百分比，所述纳米级低导热材料占所述共混低导热膜的0-10%，且不为0，所述共混低导热膜孔径分布窄并且均匀，孔径0.3 μm ~0.5 μm，孔隙率为30%~80%；
所述纳米级低导热材料为无机或者有机材料，无机材料选自硅酸铝、硅酸钙、无机保温砂浆、发泡水泥、膨胀珍珠岩或膨胀蛭石中一种或几种；有机材料选自发泡聚氨酯、胶粉聚苯颗粒、热固性酚醛树脂中一种或者几种；
所述的共混低导热膜的制备方法，包括以下步骤：
（1）按比例称取原料，其中基于质量百分比，高聚物材料含量为10%~18%，有机溶剂含量为72%~90%，添加剂含量为0%~5%，纳米级低导热材料含量为0~10%，且纳米级低导热材料含量不为0%；
（2）将步骤（1）称取的混合原料加入反应器中，在60℃的恒温水浴下电动搅拌12h，形成均匀稳定的铸膜液，常温下静置脱泡12h，得到均相铸膜液；
（3）将（2）所得铸膜液用刮刀在无纺布上刮涂200 μm的液膜，放入凝固浴中，待其相分离完毕取出后用去离子水冲洗；
（4）将步骤（3）成型的膜转入去离子水中浸泡24h，使溶剂被完全萃取，即得包含纳米级低导热材料和高聚物的共混低导热膜；
步骤（1）中添加剂为致孔剂，包括高分子添加剂如聚乙二醇PEG 400、有机小分子、无机小分子、丙酮或水中的一种或几种，有机小分子选自甘油，无机小分子选自LiCl；步骤（3）中凝固浴为甲醇、乙醇、丙醇或水中的一种或者几种组合。
2.根据权利要求1所述的共混低导热膜，其特征在于，所述纳米级低导热材料的导热系数低于0.10 W/m·K。
3.根据权利要求1所述的共混低导热膜，其特征在于，所述纳米级低导热材料的尺寸为20nm-200nm。
4.根据权利要求1所述的共混低导热膜，其特征在于，所述高聚物材料选自聚偏氟乙烯PVDF、聚丙烯PP、纤维素类、聚砜类，聚酰胺类，聚醚类、聚烯烃类、乙烯基聚合物。
5.根据权利要求1所述的共混低导热膜，其特征在于，所述的共混低导热膜的形态是平板膜、螺旋卷式膜、中空纤维膜或圆管式膜中的一种。
6.一种权利要求1所述的共混低导热膜的应用，其特征在于，所述的共混低导热膜用于膜蒸馏及相关膜蒸馏过程，所述膜蒸馏过程是直接接触式膜蒸馏、气隙式膜蒸馏、真空膜蒸馏、渗透蒸馏或者渗透汽化的任何一种膜过程；其传质机理为膜作为两相之间的屏障，仅允许水蒸气和挥发性组分蒸汽通过膜孔。
7.一种在不影响用于膜蒸馏的高聚物膜的拉伸强度的前提下提高通量和热量利用率的方法，其特征在于，在所述高聚物膜的制备过程中加入纳米级低导热材料和致孔剂，以提高高聚物膜的孔径和隔热效果，进而提高高聚物膜的通量和热量利用率；
所述纳米级低导热材料为无机或者有机材料，无机材料选自硅酸铝、硅酸钙、无机保温砂浆、发泡水泥、膨胀珍珠岩或膨胀蛭石中一种或几种；有机材料选自发泡聚氨酯、胶粉聚苯颗粒、热固性酚醛树脂中一种或者几种；
所述致孔剂包括高分子添加剂如聚乙二醇PEG 400、有机小分子、无机小分子、丙酮或水中的一种或几种，有机小分子选自甘油，无机小分子选自LiCl。
CN202110437438.6A 2021-04-22 2021-04-22 一种包含纳米级低导热材料和高聚物的共混低导热膜及其制备方法和应用 Active CN113101817B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110437438.6A CN113101817B (zh) 2021-04-22 2021-04-22 一种包含纳米级低导热材料和高聚物的共混低导热膜及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110437438.6A CN113101817B (zh) 2021-04-22 2021-04-22 一种包含纳米级低导热材料和高聚物的共混低导热膜及其制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113101817A CN113101817A (zh) 2021-07-13
CN113101817B true CN113101817B (zh) 2022-08-26

Family

ID=76719814

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110437438.6A Active CN113101817B (zh) 2021-04-22 2021-04-22 一种包含纳米级低导热材料和高聚物的共混低导热膜及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113101817B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101829502A (zh) * 2010-06-03 2010-09-15 张鹏 一种基于气凝胶的膜蒸馏及相关膜过程用膜
WO2015046774A1 (ko) * 2013-09-26 2015-04-02 한양대학교 산학협력단 막 증류용 열전환 폴리(벤즈옥사졸-이미드) 공중합체 분리막 및 그 제조방법
CN106621862A (zh) * 2016-12-30 2017-05-10 北京清大国华环境股份有限公司 一种抗污堵的pvdf改性膜及其制备方法
CN109304104A (zh) * 2017-07-26 2019-02-05 天津科技大学 一种聚丙烯/乙烯辛烯共聚物共混疏水微孔膜制备方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6824680B2 (en) * 2001-05-07 2004-11-30 New Jersey Institute Of Technology Preparation of microporous films from immiscible blends via melt processing and stretching
CN111871221A (zh) * 2020-07-09 2020-11-03 天津科技大学 一种以核径迹蚀刻膜为基膜的疏水/亲水复合膜及其制备方法和应用

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101829502A (zh) * 2010-06-03 2010-09-15 张鹏 一种基于气凝胶的膜蒸馏及相关膜过程用膜
WO2015046774A1 (ko) * 2013-09-26 2015-04-02 한양대학교 산학협력단 막 증류용 열전환 폴리(벤즈옥사졸-이미드) 공중합체 분리막 및 그 제조방법
CN106621862A (zh) * 2016-12-30 2017-05-10 北京清大国华环境股份有限公司 一种抗污堵的pvdf改性膜及其制备方法
CN109304104A (zh) * 2017-07-26 2019-02-05 天津科技大学 一种聚丙烯/乙烯辛烯共聚物共混疏水微孔膜制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113101817A (zh) 2021-07-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Castro-Muñoz Breakthroughs on tailoring pervaporation membranes for water desalination: a review
Yan et al. Superhydrophobic electrospun nanofiber membrane coated by carbon nanotubes network for membrane distillation
Lee et al. Recent advances in preparations and applications of carbon aerogels: A review
Zhang et al. High-performance sulfosuccinic acid cross-linked PVA composite pervaporation membrane for desalination
Ying et al. High-flux graphene oxide membranes intercalated by metal–organic framework with highly selective separation of aqueous organic solution
CN103861472B (zh) 一种氨基改性氧化石墨烯复合正渗透膜的制备方法
Wei et al. The future of freshwater access: functional material-based nano-membranes for desalination
CN109012224B (zh) 一种纳米限域原位生长制备zif-8@氧化石墨烯杂化膜的方法
CN103736400A (zh) 一种氧化石墨烯复合纳滤膜的制备方法
CN105014982B (zh) 石墨烯聚四氟乙烯渗透蒸馏膜的制备方法
CN110761078B (zh) 一种黑体材料的制备方法及其应用
Wahab et al. Development of PEBAX Based Membrane for Gas Separation: A
Wang et al. Recent advances in developing mixed matrix membranes based on covalent organic frameworks
Wang et al. A review: g-C3N4 as a new membrane material
CN112657348A (zh) 一种含COFs中间层的复合膜、制备方法及其应用
Wang et al. A review of nano-confined composite membranes fabricated inside the porous support
CN112717731B (zh) 一种离子导电膜及其制备方法
Gontarek-Castro et al. How to make membrane distillation greener: a review of environmentally friendly and sustainable aspects
KR101750770B1 (ko) 그래핀 옥사이드가 담지된 물-알코올 분리용 고분자 전해질막 및 이의 제조 방법
Kachhadiya et al. Preparation and characterization of ZIF-8 and ZIF-67 engineered PVDF mixed-matrix membranes: stability enhancement in pervaporation study
CN101829502A (zh) 一种基于气凝胶的膜蒸馏及相关膜过程用膜
CN113101817B (zh) 一种包含纳米级低导热材料和高聚物的共混低导热膜及其制备方法和应用
CN109370666A (zh) 一种用于生物油高效脱水的分离方法
CN106345316B (zh) 一种抗酸性腐蚀的微孔滤膜
CN112334217A (zh) 选择性渗透的氧化石墨烯元件

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant