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本文研究了浸入沉淀相转化制膜过程中的传质动力学模型及相分离法制备聚偏氟乙烯(PolyvinylideneFluoride)超滤膜时的成膜机理和各种因素对膜结构的影响。
首先推导了部分三元相图理论计算的公式，计算了无定型聚合物铸膜体系(水/丙酮/醋酸纤维素)和结晶聚合物铸膜体系(水/溶剂/PVDF)的三元相图。基于传质动力学模型的推导，提出了根据质量守恒定律来获得模型计算的中止条件，计算了组成为水(18﹪)/丙酮(72﹪)/醋酸纤维素(10﹪)的铸膜液浸入组成为水(90﹪)/丙酮(10﹪)的凝胶浴中初始阶段的组成路径变化，得到了部分结果。但是由于缺乏稳定、高效的算法，模型计算耗时长，收敛性差。对于该模型的求解还需要进行更加深入的研究。
同时，采用有限元法对中空纤维膜在空气间隙中(靠近喷丝头处)的形变情况进行了二维数学模拟。在考虑了移动边界的基础上，通过对两维、稳态、牛顿(或非牛顿无弹性)流体的稳态挤出过程的模拟计算，考察了铸膜液流量(0.015-0.06cm3/s)、芯液流量(0.002-0.008cm3/s)、粘度(5-5000Pa·s)、绕卷速率(2-4cm/s)、拉伸力(1-4×10-4N)、重力和惯性项对中空纤维膜内外径和速度分布的影响。模拟结果表明：在低速纺丝(＜2.5cm/s)过程中惯性项可以简单地被忽略，而重力项不能被忽略；此外，增加铸膜液流量或是芯液流量将会增加中空纤维膜的外径；拉伸力大或是末端收卷速率大，会使中空纤维膜在空气间隙中发生比较大的形变。在模拟条件下，拉伸力大于4.5×10-4N时纤维发生断裂。铸膜液的粘度越大，中空纤维膜在空气间隙中发生形变较小。另外还发现，当铸膜液流量较小时，增加铸膜液流量将使膜的内径增加，但是当铸膜液流量较大时(＞0.06cm3/s)，增加铸膜液流量将使膜的内径减小。
其次采用光透射仪和浸入沉淀相转化装置考察了相分离法制备PVDF超滤膜时的成膜机理和各种因素对膜结构的影响。首先利用光透射装置考察了PVDF聚合物浓度(12﹪，15﹪和20﹪)、聚乙二醇(PolyethyleneGlycol)添加剂分子量(200，2000和20000)、聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinylpyrrolidone)添加剂含量(1﹪，3﹪和5﹪)、凝胶浴温度(11℃，17℃，30℃和40℃)、凝胶浴组成、蒸发时间(0min，5min和10min)、不同溶剂以及正丙醇、LiCl添加剂对PVDF铸膜液的分相延时时间和分相速度的影响。实验发现PVP含量达到一定程度后(3﹪)将在透光曲线中出现小峰，认为这是由于膜内局部的溶剂浓度上升，使已分相的PVDF再次溶解造成的。透光曲线中出现小峰需要具备以下两个条件：1、溶剂对PVDF的溶解能力要足够强；2、浸入初始阶段在表面形成皮层或溶剂外扩散速度慢，阻止后续溶剂的向外扩散，在局部形成溶剂高浓度。
采用自制的浸入沉淀相转化装置考察了PVDF铸膜液在浸入沉淀过程中聚合物、添加剂、溶剂的溶出行为，实验结果表明：在浸入沉淀过程中有微量的聚合物从铸膜液中溶出，但忽略聚合物在浸入沉淀过程中的溶出量是可行的。小分子添加剂在浸入沉淀过程中将和溶剂一起从铸膜液中扩散到凝胶浴中。大分子添加剂在浸入沉淀过程中不会和溶剂一起从铸膜液中扩散到凝胶浴中，除非是在浸入过程的最初阶段(＜5s)。在实验研究范围内扩散入凝胶浴中溶剂浓度和t1/2具有很好的线性关系，其线性相关系数都大于等于0.97。所以在浸入沉淀的初始阶段，溶剂的向外扩散是费克扩散。溶剂的溶出行为主要受控于铸膜液粘度、凝胶浴温度和是否生成皮层等因素。通过拟合溶剂溶出实验结果，得到了溶剂在膜内的扩散系数，无添加剂时体系溶剂的表观扩散系数为52.52×10-6g·s-1/2，添加5﹪PVP或PEG20000时其系数分别为17.11和22.53×10-6g·s-1/2。发现拟合得到的扩散系数和温度之间存在很好的线性关系，这与扩散系数和温度关系的经验公式相吻合。然后基于实测初始条件和边界条件模拟计算了成膜过程中溶剂在膜内的分布情况，计算结果表明：含高分子添加剂的铸膜液在成膜过程中膜内溶剂长时间保持在高浓度，有利于大孔的生长。而无添加剂的铸膜液在成膜过程中膜内溶剂浓度迅速下降，不利于大孔生长。
最后，制备了相对应的PVDF中空纤维和平板超滤膜，并对其性能指标进行了表征，发现：单独添加小分子或无机盐添加剂并不能改善PVDF中空纤维膜的纯水通量性质。PEG添加剂分子量越大，膜内指状孔结构发展得越充分。对PVDF超滤膜而言，PVP是比较合适的添加剂。如果将PVP和丙醇复配可以制得纯水通量1700L/m2·h.MPa，对分子量为68000牛血清蛋白的分子可以完全截留，对分子量为40000的葡聚糖分子有54﹪截留率的超滤膜。铸膜液的添加剂能在热力学和动力学两方面影响溶液的性质，进而改变膜的形态和膜的性能。对于PVDF这类强疏水的成膜材料，还要考虑亲水添加剂的加入对表面亲水性质的改变。最终形成的膜结构可以用溶剂溶出结果和光透射结果来进行解释。