摘要
含油废水对环境危害极大，有来源广泛、成分复杂的特点。传统的油水分离技术存在设备占地面积大、工艺复杂、操作繁琐等问题。膜分离技术因其高分离效率、低能耗、设备操作简单并且可避免二次污染，在油水分离领域中被广泛应用。本文通过对静电纺丝制备的聚偏氟乙烯（PVDF）纳米纤维膜结构进行设计和调控，系统研究了PVDF纳米纤维膜结构及形态对油水分离性能的影响。 首先，以PVDF为成膜聚合物，N,N-二甲基甲酰胺（DMF）/丙酮为混合溶剂，采用静电纺丝技术，通过调节PVDF浓度、纺丝电压等工艺参数，制备了系列不同结构的PVDF纳米纤维膜，并表征分析所得膜微观形貌、表面浸润性、力学强度等性能，进一步研究了PVDF纳米纤维膜在不同油水混合物和油包水乳液体系中的分离性能。结果表明，PVDF纳米纤维的直径随PVDF浓度提高而增大，随纺丝电压升高而减小，所得的PVDF纳米纤维膜对不同油品均具有良好的亲油性，其中重油体系（二氯甲烷+水）分离通量和分离效率最高，而高粘度的油体系（玉米油+水）分离通量和分离效率最低。在进一步的油包水乳液（W/O，煤油包水）分离实验中，PVDF纳米纤维膜的煤油通量随着聚合物浓度增加而升高，随纺丝电压增加而降低。此外，在PVDF纳米纤维膜表面涂覆正癸酸修饰的二氧化钛溶胶（DA-TiO2），使其具有pH响应的特性，结果表明，pH响应膜在酸性和中性条件下具有疏水亲油特性，在碱性条件下具有亲水疏油特性。从而可通过调节料液的pH值，实现油水的可控分离。 其次，以聚合物长丝为内芯，PVDF为成膜聚合物，DMF/丙酮为混合溶剂，疏水二氧化硅（SiO2）为无机粒子添加剂，采用共轭静电纺丝技术，制备具有包芯纱结构的多孔纤维分离膜。通过调节聚合物内芯种类、SiO2添加量、热处理温度制备了系列不同结构的PVDF纳米包芯纱多孔膜，对所得纤维膜的形貌、表面浸润性、氮气通量等性能进行表征分析，并研究了不同结构对油水分离性能的影响。结果表明，以PET异型（三角形）单丝作为内芯时，有效传质通道最大，氮气通量最高；而以PET圆形单丝作为内芯时，多孔膜横截面中的传质通道最小，氮气通量最低。当以PET异型单丝为内芯时，随着SiO2添加量增加，包覆的PVDF纳米纤维的直径增大，所得的包芯纱多孔膜对油水混合物和油包水乳液的分离通量增大，但分离效率降低。当以PET异型单丝为内芯，SiO2添加量为1wt%时，对PVDF纳米包芯纱多孔膜进行热处理可有效调控分离膜的孔结构。随着热处理温度增加，PVDF纳米纤维逐渐熔合，孔径减小使得其对油水混合物和油包水乳液的分离通量降低，分离效率升高。
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