PTFE中空纤维膜工程仿真与应用

如何区分真丝地毯和仿丝地毯：真丝触感细腻，色泽自然，纤维有弹性；仿丝则较硬，颜色鲜艳无光泽。 #生活技巧# #居家生活技巧# #地毯#

【摘要】： 膜法水处理工艺由于占地面积小、处理效率高在水处理领域有广泛的应用。聚四氟乙烯(PTFE)中空纤维膜具有良好的化学稳定性和力学强度,在高难废水的处理领域有重要应用。聚四氟乙烯中空纤维膜使用包缠与热处理制备而成,它由耐高温支撑层和聚四氟乙烯过滤层组成。聚四氟乙烯中空纤维膜使用热法处理表面,使纤维热粘合形成较大节点并拥有一定刚性,从而获得一定的过滤效果。热法处理聚四氟乙烯中空纤维膜,存在支撑层材料耐温要求高、表面温度分布差异大等问题。因此,需要深入了解聚四氟乙烯中空纤维膜热焊接成型过程,提出新的热焊接成型方式。在工程应用中,聚四氟乙烯中空纤维膜产水通量低,其膜面积有效利用率低,存在部分膜丝长期没有水通量导致的反向浸润问题。所以,需要建立一个适合聚四氟乙烯中空纤维膜过滤运行过程的流体模型,提高膜丝利用率。聚四氟乙烯中空纤维膜用于常见的膜生物反应器(MBR)时,存在占地面积大和运行成本高的问题。因此制备了聚四氟乙烯膜曝气生物反应器(PTFE-MABR),取代好氧池功能,提高处理效率。具体研究内容如下:(1)聚四氟乙烯中空纤维膜热焊接成型的仿真与优化设计聚四氟乙烯中空纤维膜热焊接成型过程仿真模型,优化加热过程,替换耐高温芳纶支撑层。将鼓风循环的加热烘箱内部温度和流速进行仿真分析,然后代入连续运动的膜丝,得到随着时间变化的膜丝外表面温度曲线。比较铜套加热与感应加热两种热焊接成型工艺的优劣,优化替换耐高温支撑材料芳纶为普通的涤纶材料,可降低约40%成本。(2)聚四氟乙烯中空纤维帘式膜的流体仿真与优化设计适合聚四氟乙烯中空纤维过滤运行过程的流体模型,优化现有膜组件结构,提高膜丝利用率。将四氟乙烯中空纤维帘式膜丝按照一定假设进行简化,建立一个流体仿真模型。然后使用此模型对膜组件进行优化,提高了膜丝10%的利用率。(3)聚四氟乙烯膜曝气生物反应器的制备与应用制备聚四氟乙烯膜曝气生物反应器(PTFE-MABR),取代好氧池功能,降低了运行成本和减少占地面积。利用聚四氟乙烯中空纤维膜缠绕、热焊接工艺,在聚四氟乙烯纤维内原位交联聚二甲基硅氧烷,然后外层分别包缠PTFE膜和填料纤维用于内层透氧膜的保护,并提供生化污泥载体,得到MABR复合膜。此膜与MBR膜联用,提高生化效率,缩小常规生化水处理项目占地面积。本研究从聚四氟乙烯中空纤维膜在水处理领域遇到的三个实际问题入手,通过膜丝热焊接成型仿真、膜组件流体仿真、MABR膜制备及应用,系统性地解决了聚四氟乙烯中空纤维膜存在的成本高、通量低、处理效率低的问题,为进一步拓展聚四氟乙烯中空纤维膜的水处理应用提供了新的思路。

【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2020

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