煤炭科学技术

作者：李真, 刘淑琴, 李井峰, 蒋斌斌, 卞伟,

关键词：高矿化度矿井水, 膜蒸馏, 蒸汽诱导相分离, PVDF膜,

膜蒸馏技术凭借运行压力低、可高效利用低品位热源等独特优势，在高矿化度矿井水零排放处理工艺体系中占据重要地位，是构建经济高效处理流程的关键技术单元之一，但高能量抗污染的膜蒸馏膜的欠缺阻碍了其迈向工业化应用。使用蒸汽诱导相分离（VIPS）技术取代传统液致相分离技术制备疏水微孔聚偏氟乙烯（PVDF）膜，并将其应用在膜蒸馏高矿化度矿井水处理技术中。通过对VIPS过程温度、湿度、暴露时间等参数的协同调控，实现对膜结构与性能的优化。利用扫描电镜、孔隙率测试、孔径分析仪等表征手段，监测了不同参数条件对膜结构的影响，通过响应面法综合分析多因素之间的协同作用，使用高盐模拟水与宁东矿区真实高矿化度矿井水测试了优化VIPS膜在膜蒸馏过程中的实际性能表现。结果表明：温度升高会加速VIPS过程的相分离速度，减少膜表面结节结构的形成并帮助膜形成更大的孔径与孔隙率，但过高的温度会对孔隙率的提升起到抑制作用；湿度的增加有利于提升VIPS过程中非溶剂的入侵速率，帮助增大孔径与孔隙率，提升膜通量，但过高的湿度反而会使得孔隙封闭；暴露时间主要决定相分离的进程，暴露时间过短相分离不充分，暴露时间过长会使孔隙坍缩，适宜的暴露时间帮助形成均匀且高性能的膜。参数之间还存在不同程度的相互作用，温度与暴露时间的协同作用最为显著，其次是温度与湿度，而湿度与时间之间的作用较弱。最终使用温度40 ℃、湿度70%、暴露时间15 min为优化参数制备了VIPS膜，并且使用直接接触膜蒸馏装置评估了其处理性能。测试发现膜的平均通量分别达到14.75 L/(m2·h)和14.03 L/(m2·h)，截留率均在99.9%以上，并且在测试期间始终保持稳定。测试前后膜表面电镜图片显示其并未出现明显的污染物附着情况，接触角测量数据测试前后也稳定在110°左右，说明膜具有较好的抗润湿和污染能力，展现出了良好的性能。

来源：2025年第10期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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