三種中空纖維膜材料耐輻照性能研究

摘 要：本文研究了γ 射線對(duì)聚丙烯（ PP） 、聚四氟乙烯（ PTFE） 、聚偏氟乙烯（ PVDF） 三種中空纖維膜材料性能的影響。選用5. 1 kGy/ h 的劑量率，分別采用0. 5、1、5、10、30、50、60 kGy 的劑量利用60 Co 源對(duì)三種膜材料進(jìn)行輻照處理，測(cè)試并對(duì)比輻照前后樣品的相關(guān)性能表征參數(shù)。結(jié)果表明，輻照后，三種膜材料的厚度、最大孔徑、透水壓力、氣通量基本上沒(méi)有變化，力學(xué)性能和疏水性變化較為明顯;隨著吸收劑量增加，PP 和PTFE 膜的斷裂強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和破裂壓力呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，PVDF 的斷裂強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和破裂壓力呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì);三種膜材料的吸收劑量為50、60 kGy 時(shí)，部分膜絲的水接觸角會(huì)大幅下降，甚至出現(xiàn)親水化現(xiàn)象。說(shuō)明0～ 60 kGy 的γ 吸收劑量不足以使膜內(nèi)部的膜孔結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，但是對(duì)膜表面性能造成了一定的影響。通過(guò)比較確定輻照前最適合用于膜蒸餾的材料為PVDF;同時(shí)在三種材料中最耐輻照的材料為PVDF，其次為PP，對(duì)輻照最敏感的是PTFE。

關(guān)鍵詞：膜蒸餾;中空纖維膜;耐輻照性能;聚丙烯;聚四氟乙烯;聚偏氟乙烯

中圖分類號(hào)：TQ341;O644 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

膜蒸餾是借助微孔疏水膜只允許水蒸氣等易揮發(fā)組分透過(guò)膜孔的特性，加熱使水蒸氣在膜兩側(cè)溫度差的推動(dòng)下通過(guò)膜孔由膜熱側(cè)到達(dá)膜冷側(cè)，實(shí)現(xiàn)放射性廢水深度凈化的膜分離技術(shù)[1] 。具有二次廢物量少、操作簡(jiǎn)單、適用范圍廣、凈化效果好、操作條件溫和等優(yōu)點(diǎn)。近些年研究者們已經(jīng)在污水處理、海水淡化、放射性廢水凈化等水處理領(lǐng)域開展了廣泛的研究。

當(dāng)前研究中常用的膜蒸餾材料有聚丙烯（PP ）、聚四氟乙烯（ PTFE ） 和聚偏氟乙烯（PVDF）。這些材料具有良好的疏水性、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，均可以滿足處理非放射性廢水的要求。與非放廢水不同，在處理放射性廢水的過(guò)程中還需將膜材料的耐輻照性能納入考慮范圍[2] 。為研究上述三種膜材料的耐輻照性能，本文采用60 Co γ 射線對(duì)三種材料進(jìn)行了不同吸收劑量的輻照，并根據(jù)選定的性能表征參數(shù)對(duì)比三種膜材料的優(yōu)劣以及耐輻照性能，確定達(dá)到多大劑量時(shí)膜材料性能會(huì)被破壞，以至于不能滿足膜蒸餾要求，進(jìn)而為放射性廢水處理過(guò)程中的膜材料選擇提供理論依據(jù)。

1 膜材料耐輻照研究現(xiàn)狀

吳國(guó)忠等[3] 認(rèn)為，在通常條件下，PTFE 的耐輻照性能較差，幾千戈瑞（kGy）的劑量就可以使其完全喪失力學(xué)性能。在常溫或空氣存在的條件下，γ 射線或加速器電子束可使PTFE 分子的碳主鏈發(fā)生斷裂，導(dǎo)致膜材料裂解。

輻射消毒會(huì)導(dǎo)致醫(yī)用PP 材料發(fā)生嚴(yán)重的力學(xué)性能降低問(wèn)題， 具體表現(xiàn)為材料變脆。李敏等[4] 發(fā)現(xiàn)，用γ 射線或電子加速器在25 kGy 吸收劑量下對(duì)醫(yī)用PP 注射器械進(jìn)行輻照消毒后，PP發(fā)生嚴(yán)重降解。張素平等[5] 使用60 Co γ 射線對(duì)PP包裝材料進(jìn)行輻照，吸收劑量分別為0、3、6、10、15、20、30、40、50 kGy，并從包裝材料顏色、抗拉強(qiáng)度以及伸長(zhǎng)率的變化進(jìn)行考察。結(jié)果表明，在各吸收劑量下，PP 的顏色無(wú)明顯變化，其抗拉強(qiáng)度與伸長(zhǎng)率均顯著下降，這可能是添加劑與裂解反應(yīng)的共同作用所引起的。