清洗液和阻垢劑對疏水膜接觸角的影響

閔 鵬，張新妙，楊永強(qiáng)，欒金義

(中國石化 北京化工研究院，北京 100013)

清洗液和阻垢劑對疏水膜接觸角的影響

閔 鵬，張新妙，楊永強(qiáng)，欒金義

(中國石化 北京化工研究院，北京 100013)

研究了采用不同pH的酸、堿清洗液及阻垢劑溶液靜態(tài)浸泡對聚偏氟乙烯(PVDF)和聚四氟乙烯(PTFE)疏水平板膜接觸角的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:隨pH 2.5鹽酸和pH 2.0草酸浸泡PVDF膜和PTFE膜時間的延長，兩種疏水膜的接觸角均小幅度減小，說明酸性清洗液對兩種疏水膜性能的影響較小;隨pH 11.5 NaOH溶液浸泡膜時間的延長，PTFE膜的接觸角逐漸減小，PVDF膜的接觸角減小幅度較大，說明堿性清洗液對疏水膜接觸角的影響更大。FZ135KS、TH－0100和PC191 3種阻垢劑溶液對兩種疏水膜的接觸角的影響均較小，且PVDF膜比PTFE膜在阻垢劑溶液中表現(xiàn)得更為穩(wěn)定。

膜蒸餾;疏水膜;接觸角;清洗液;阻垢劑

膜蒸餾技術(shù)是一種采用微孔疏水膜，以膜兩側(cè)蒸汽壓差為驅(qū)動力的新型膜分離過程。近年來，隨著高分子材料和膜制備技術(shù)的發(fā)展，膜蒸餾技術(shù)得到了廣泛的研究和開發(fā)。膜蒸餾能夠脫除廢水中高濃度的鹽分，廢水脫鹽率和水回收率高，且產(chǎn)生的濃水水質(zhì)優(yōu)于其他膜分離過程［1－3］。因此，膜蒸餾一般用于處理高鹽廢水，且多為反滲透濃水。在反滲透處理過程中，為了提高廢水濃縮倍數(shù)和水回收率，減小膜污染，需加入各種藥劑如阻垢劑、殺菌劑等［4－5］。此外，膜分離廢水的過程中會發(fā)生一定程度的膜污染［6－7］，為了恢復(fù)膜通量，常采用酸、堿清洗液周期性地對膜進(jìn)行清洗［8］。在膜蒸餾過程中，僅進(jìn)料液中的水蒸氣和其他揮發(fā)性組分能透過膜孔，每個膜孔入口處產(chǎn)生氣－液兩相界面，因此，保持膜的疏水性是膜蒸餾過程得以進(jìn)行的基本條件［9－13］。接觸角是表征膜疏水性能的重要手段，膜的疏水性越強(qiáng)，接觸角越大。

目前，關(guān)于阻垢劑溶液和清洗液對疏水膜性能影響的研究還鮮見報道。本工作通過考察疏水膜接觸角的變化，研究了常用阻垢劑溶液和酸、堿清洗液對疏水膜性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料、試劑和儀器

實(shí)驗(yàn)分別采用聚偏氟乙烯(PVDF)和聚四氟乙烯(PTFE)疏水平板膜。PVDF膜孔徑為0.22 μm;PTFE膜孔徑為0.20 μm;阻垢劑分別為TH－0100標(biāo)準(zhǔn)液、PC191和FZ135KS;實(shí)驗(yàn)所用試劑均為分析純。

DSA100型接觸角測量儀:德國KRUSS公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

工業(yè)化反滲透操作所用清洗液一般為pH 2.5鹽酸、pH 2.0草酸及pH 11.5 NaOH溶液。為了研究清洗液及廢水中殘留阻垢劑對膜蒸餾過程疏水膜性能的影響，分別配置pH 2.5鹽酸溶液、pH 2.0草酸溶液、pH 11.5 NaOH溶液和質(zhì)量濃度為20 mg/L的 FZ135KS溶液、TH－0100溶液和PC191溶液，在25℃條件下對PVDF膜和PTFE膜分別進(jìn)行靜態(tài)浸泡，每隔2～3 d將膜取出，用25℃去離子水浸泡10 min，去除膜表面殘留的藥劑，然后置于30℃烘箱中烘干，測量膜的接觸角，測完后放回溶液中繼續(xù)浸泡。

1.3 分析方法

采用接觸角測量儀測定膜的接觸角。

2 結(jié)果與討論

2.1 清洗液對膜的接觸角的影響

pH 2.5鹽酸溶液作為清洗液對膜的接觸角的影響見圖1。由圖1可見:隨著pH 2.5鹽酸溶液浸泡膜時間的延長，兩種疏水膜的接觸角均減小;浸泡93 d后，兩種疏水膜的接觸角均由初始的141.5°減小到 130.0°。

pH 2.0草酸溶液作為清洗液對膜的接觸角的影響見圖2。由圖2可見:隨著pH 2.0草酸溶液浸泡膜時間的延長，兩種疏水膜的接觸角均略有減小;浸泡93 d后，PTFE膜的接觸角由初始的141.5°減小到130.0°，PVDF 膜的接觸角由初始的 141.5°減小到 136.0°。

pH 11.5 NaOH溶液作為清洗液對膜的接觸角的影響見圖3。由圖3可見:隨著pH 11.5 NaOH溶液浸泡膜時間的延長，PTFE膜的接觸角逐漸減小;浸泡 93 d后，接觸角由初始的 141.5°減小到127.0°;在 pH 11.5 NaOH 溶液浸泡 73 d 后，PVDF膜的接觸角急劇下降，浸泡86 d時，PVDF膜的接觸角由初始的 141.5°減小到 111.0°。

鹽類沉積物導(dǎo)致的鹽結(jié)晶和結(jié)垢等能引起膜孔的潤濕，使疏水膜的接觸角變小，但通過有效的膜清洗可消除這類膜污染，不易造成膜的永久性潤濕［14－15］，因此，為了保持疏水膜的長期疏水性能，可采用膜蒸餾法處理具有較高鹽含量或一定硬度的廢水。在工業(yè)化膜蒸餾操作中，NaOH溶液作為清洗液時，主要用來去除有機(jī)污染物，但NaOH溶液對膜的疏水性能影響較大，因此，除非有特別完善的預(yù)處理工藝，否則膜蒸餾不太適用于處理有機(jī)物含量很高的廢水。

2.2 阻垢劑溶液對膜的接觸角的影響

FZ135KS溶液、TH－0100溶液和PC191溶液對膜的接觸角的影響見圖4～圖6。由圖4～圖6可見:在3種阻垢劑溶液中分別浸泡86 d后，膜的接觸角都略有減小，說明3種阻垢劑溶液對膜的接觸角的影響均較小;PVDF膜比PTFE膜在阻垢劑溶液中表現(xiàn)得更為穩(wěn)定，接觸角波動范圍更小。

由圖4～圖 6還可見:采用 PC191溶液和FZ135KS溶液長期浸泡PVDF膜和PTFE膜，兩種疏水膜的接觸角的差別較小;而在TH－0100溶液中長期浸泡，兩種疏水膜接觸角的差別較大。但總體上來說，3種材料疏水膜的耐阻垢劑性能較好，表明膜的疏水性能基本不會受阻垢劑影響。

3 結(jié)論

a)采用pH 2.5鹽酸溶液、pH 2.0草酸溶液及pH 11.5 NaOH溶液對PVDF膜和PTFE膜的靜態(tài)浸泡實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:隨著酸性清洗液浸泡膜時間的延長，兩種疏水膜的接觸角均減小，說明酸性清洗液對兩種疏水膜性能的影響較小;隨NaOH溶液浸泡膜時間的延長，PTFE膜的接觸角逐漸減小，PVDF膜的接觸角減小幅度較大，說明堿性清洗液對疏水膜接觸角的影響更大。

b)FZ135KS溶液、TH－0100溶液和PC191溶液3種阻垢劑浸泡疏水膜后，膜的接觸角都略有減小，說明3種阻垢劑溶液對膜的接觸角的影響均較小，且PVDF膜比PTFE膜在阻垢劑溶液中表現(xiàn)得更為穩(wěn)定。

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Impacts of Cleaning Liquids and Scale Inhibitors on Contact Angles of Hydrophobic Membranes

Min Peng，Zhang Xinmiao，Yang Yongqiang，Luan Jinyi

(Beijing Research Institute of Chemical Industry，SINOPEC，Beijing 100013，China)

The impacts of acidic or alkaline cleaning liquids with difference pH and scale inhibitor solutions on the contact angles of polyvinylidene fluoride(PVDF)and poly(tetrafluoroethylene)(PTFE)tabular hydrophobic membranes were studied by immersion.The experimental results show that:With the extending of immersion time in pH 2.5 hydrochloric acid and pH 2.0 oxalic acid，the contact angles of both PVDF and PTFE membranes decrease by a small margin，which indicates that the impacts of the acidic cleaning liquids on the two hydrophobic membranes are relatively small;With the extending of immersion time in pH 11.5 NaOH solution，the decreasing of contact angle of PVDF membrane is larger than that of PTFE membrane，which indicates that the impacts of alkaline cleaning liquid on the hydrophobic membranes are relatively great.The impacts of scale inhibitors FZ135KS，TH －0100 and PC191 on the contact angles of the two hydrophobic membranes are all small，and PVDF membrane is more stable than PTFE membrane in scale inhibitor solutions.

membrane distillation;hydrophobic membrane;contact angle;cleaning liquid;scale inhibitor

TQ051.8+93

A

1006－1878(2011)04－0375－04

2011－01－13;

2011－02－16。

閔鵬(1985—)，男，遼寧省鞍山市人，碩士生，研究方向?yàn)槭突の廴绢A(yù)防與控制技術(shù)。電話010－59202262，電郵 woshizebra@yahoo.com.cn。聯(lián)系人:欒金義，電話 010 －59202228，電郵 Luanjy.bjhy@sinopec.com。

(編輯 祖國紅)