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论文《新型发泡聚氨酯中空纤维膜的制备与表征》发表
《中国化学工程学报》 吴艳杰 / 时间:2019-10-22 14:58:05

  据中国化学工程学报微信公众平台2019年10月22日讯 膜分离技术是实现分离、提纯、浓缩及净化的新型分离技术,它利用膜对混合物中各组分选择渗透性能的差异实现。与传统蒸馏、萃取、吸收等分离技术相比,膜分离技术具有分离效率高、能耗低、占地面积小、过程简单、易操作、更易于与其它技术集成等特点。当今世界水资源短缺、能源紧张,水和环境污染问题层出不穷,膜分离技术由于其独特优越性,已得到世界各国的高度重视。在近三十年来得到迅速发展,已在海水淡化、饮用水处理、印染、食品、医药、石油等领域中得到广泛应用。
  膜分离技术被人们称为是二十一世纪最有发展前途的高新技术之一,有望在未来的各个工业领域得到越来越重要的地位。中空纤维膜被作为一种主要和独特的膜已被广泛用于膜分离领域,由于它们具有较高的比表面积,单位体积内的装填面积大,且具有自支撑性等优点。随着中空纤维膜技术的发展,它将在解决水资源短缺,环境污染问题和能源稀缺等问题中发挥重要作用。
  聚氨酯(PU)海绵是一种三维多孔弹性材料,受到越来越多的关注,它被作为基体,通过改性被制成疏水亲油材料,应用于油水分离等方面。PU海绵一般采用一步法发泡,整个发泡过程经历了体系发白、大量气泡产生、气泡增大体积增加、开孔凝胶化,这一系列过程在几分钟内完成,反应速度很快,因此PU海绵一般都被制成大块状,然后在根据需要进行切割,几乎没有直接制备成中空管状的PU海绵。
  天津工业大学吴艳杰、肖长发、刘海亮、黄庆林《新型发泡聚氨酯中空纤维膜的制备与表征(Fabrication and characterization of novel foaming polyurethane hollow fiber membrane)》在《中国化学工程学报(Chinese Journal of Chemical Engineering)》上发表(Volume 27, Issue 4, April 2019, Pages 935-943;DOI:https://doi.org/10.1016/j.cjche.2018.09.016)
  本研究在现有块状海绵配方的基础上,研究了中空状海绵的配方,包括异氰酸酯含量(异氰酸酯指数),水,催化剂,表面活性剂等的变化。我们使用全水发泡方法制备海绵状中空纤维膜,其中异氰酸酯指数范围为0.95至1.10。采用同心圆纺丝法在聚酯(PET)中空编织管上涂覆一层全水发泡的PU海绵分离层,从而制备高强度,耐压的聚氨酯(PU)海绵状中空纤维膜,这是一种不用成孔剂,添加剂等制备中空纤维膜的新工艺。通过形貌观察,渗透性和力学性能研究了异氰酸酯指数对PU海绵状中空纤维膜结构和性能的影响。此外,表征了PU海绵状中空纤维膜的界面结合状态。从水接触角(CA),纯水通量(PWF),傅立叶变换红外分析(FTIR),拔出性能和压力响应特性等方面讨论了甲苯异氰酸酯指数对柔性PU海绵物理性能,形态和结构的影响。通过扫描电子显微镜研究膜的形态,我们从直观的角度对泡沫进行了表征,并证明了膜的孔径尺寸形态与异氰酸酯指数密切相关。结果表明,随着异氰酸酯指数的增加,PU海绵状中空纤维膜的表面孔尺寸逐渐减小。由于PU在室温下的弹性,使得PU海绵状中空纤维膜具有压力响应特性。当异氰酸酯指数为1.05时,PU海绵中空纤维膜的界面结合强度高达0.37MPa,孔隙率和PWF分别为71.5%和415.5 L/(m2·h)。


论文《新型发泡聚氨酯中空纤维膜的制备与表征》发表

图1.同心圆纺丝工艺。1-组分B,2-组分A,3-雾化水,4-纺丝甬道。


  通讯作者及团队介绍


论文《新型发泡聚氨酯中空纤维膜的制备与表征》发表


  肖长发,博士,教授,博士生导师,中空纤维膜材料与膜过程省部共建国家重点实验室培育基地主任,纤维新材料创新团队带头人,长期从事纤维材料研究与开发,在纤维成形理论、中空纤维膜材料制备技术、纤维高分子材料结构与性能关系等方面主持完成国家863和973计划、国家自然科学基金等项目课题30多项,获国家科技奖2项、省部科技奖10项,发表论文200多篇,出版著作7部,获授权发明专利40多项(国际专利4项)。

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