PVDF/PVA改性超滤膜抗污染特性的微观作用力评价分析

使用动态过滤法对聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜进行改性,得到PVDF/聚乙烯醇(PVA)改性膜。系统考察了改性前后PVDF超滤膜表面的微观结构变化,使用原子力显微镜结合自制的—COOH、—OH官能团探针,定量测定了改性前后超滤膜与官能团之间的作用力变化特点,并进行了富含—OH、—COOH官能团的典型有机物海藻酸钠(SA)及腐殖酸(HA)的膜污染实验。结果表明,与PVDF基膜相比,PVDF/PVA改性膜表面粗糙度增大,接触角有效降低;—COOH、—OH官能团与PVDF/PVA改性膜之间的作用力远远小于—COOH、—OH官能团与PVDF之间的作用力。在相同的膜污染运行时间内,改性膜的通量衰减速率及衰减幅度皆小于相应PVDF膜的通量衰减速率及衰减幅度。说明改性膜有效降低了膜-污染物之间相互作用力,提高了膜的抗污染能力,微观作用力评价方法可利用于揭示膜污染本质。     

氧化石墨烯/聚偏氟乙烯复合膜的制备及抗污染性能

采用改进的Hummers法制备出具有"二维结构"的氧化石墨烯(graphene oxide,GO),以聚偏氟乙烯(PVDF)为高分子聚合物,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为制孔剂,采用浸没沉淀相转化法制备得到GO/PVP/PVDF复合超滤膜。测定了复合超滤膜的纯水通量、接触角、污染物截留、膜片SEM和AFM图像、膜面Zeta电位以及复合膜与牛血清蛋白(BSA)之间的微观作用力等参数。结果表明,随着GO含量的增加,膜表面亲水性官能团的含量显著增加,复合膜的接触角从74.61°(M0)减小到66.39°(M2),纯水通量增加了33%;SEM和AFM的结果表明,复合膜的膜孔有所拓宽,表面粗糙度由23.79(M0)降低为20.2(M3),表面更加平滑。而GO的加入使得复合膜与BSA之间的微观作用力也从2.47 m N·m-1降至0.13 m N·m-1,说明GO/PVP/PVDF复合超滤膜较传统PVDF超滤膜具有较优越的抗污染性能。     

超亲水石墨烯/二氧化硅复合膜的制备优化和表征

膜表面亲水性是主导膜污染发生的关键因素,亲水膜的抗污染能力较强。基于氧化石墨烯(GO)和氨基修饰的纳米SiO_2之间的自组装反应,分别通过真空抽滤、多巴胺辅助抽滤、热辅助法以及高温煅烧辅助抽滤法制备了多种GO/SiO_2复合膜,结合纯水接触角测定、表面官能团分析以及电镜观察等,对制备方法和条件进行了优化。结果表明:高温煅烧法制备的超亲水GO/SiO_2复合膜,其初始接触角为6.1°,并于2 s内,在膜表面实现完全铺展,表现出超亲水特性;此外,所制备的GO/SiO_2超亲水膜的纯水通量分别是传统PVDF超滤膜、超亲水SiO_2/PVDF复合膜和0.22μm有机商业膜的3.21、11.10和1.22倍,显示出良好的应用潜力。     

微量1,6-己二胺改性纳米Fe3O4对PVDF共混膜性能的影响

以微量的改性纳米四氧化三铁与聚偏氟乙烯(PVDF)共混,制备具有良好亲水性、纯水通量和防污性能的PVDF复合膜。通过溶剂热法合成了经1,6-己二胺改性的纳米四氧化三铁(H-Fe_3O_4),同时比较了未经改性的四氧化三铁(Fe_3O_4)和改性后的四氧化三铁(H-Fe_3O_4)的结构性能差异。通过相转化法制备了H-Fe_3O_4(质量分数小于1.0%)与PVDF的共混复合膜(H-Fe_3O_4@PVDF复合膜)。通过测试膜的晶相组成、表面和断面形貌、静态纯水接触角、平均孔隙率、平均孔径、纯水通量、牛白蛋白截留率以及通量恢复率,研究微量H-Fe_3O_4的投加对复合膜性能的影响。结果表明,经1,6-己二胺调控合成的H-Fe_3O_4,比Fe_3O_4拥有更小的粒径、更好的单分散性以及更多的亲水官能团。向膜中添加0.3%的H-Fe_3O_4,可使复合膜的静态纯水接触角由80.9°降到66.6°,亲水性得到良好的改善。复合膜的平均孔隙率、平均孔径、纯水通量以及通量恢复率随H-Fe_3O_4投加量的增加均明显提高。当H-Fe_3O_4质量分数为0.4%时,复合膜的纯水通量从原膜的10.4 L·(m~2·h)~(-1)增加到了144.0 L·(m~2·h)~(-1),通量恢复率也从原膜的51.4%增加到了87.5%。微量H-Fe_3O_4的添加较好地改善了PVDF膜的性能,具有较好的实用价值。     

PVDF/PMMA与PVDF/TPU共混膜抗污染性能研究及应用

观察新型五孔PVDF共混改性纤维膜SEM形貌特征,采用逐级通量法测定PVDF/PMMA和PVDF/TPU共混改性膜的临界通量,研究在次临界和超临界通量下A(PVDF/PMMA)与B(PVDF/TPU)2种管式膜组件的过滤和抗污染性能,并在次临界通量下处理地表水。结果表明,PVDF共混改性膜具有优良的微观结构,且膜B性能较好;膜A、B的临界通量分别为12 L/(m2.h)和10 L/(m2.h);膜组件B比膜组件A抗污染性能好。次临界通量下膜组件的运行比超临界通量下的稳定。与采用单独超滤处理某市地表水相比,2种膜组件采用混凝+超滤工艺的运行处理效果更好,且膜组件B比膜组件A处理效果佳。     

低温等离子体技术改性填料前后Anammox工艺运行及微生物群落变化

采用低温等离子体技术对普通聚氨酯泡沫塑料填料进行表面改性处理,研究了改性前后填料的表面特征、厌氧氨氧化生物膜量、脱氮性能、微生物群落结构及其功能微生物基因丰度的变化。结果表明:低温等离子体改性以后填料表面与蒸馏水的静态接触角减少33.27°,单点比表面积和吸附平均孔径分别由8.98 m~2·g~(-1)和3.01 nm提高至9.66 m~2·g~(-1)和4.98 nm,材料表面粗糙度增加,亲水性能明显改善;未改性单位质量填料生物膜干质量为0.18 g,改性后单位质量填料生物膜干质量为0.37 g,相同时间内单位质量填料上的生物膜量相比于填料改性前提高了53%;填料改性前后系统总氮去除率均在80%以上。高通量测序结果显示,2系统菌群结构相似,主要功能菌属是Candidatus Kuenenia,改性填料相比于未改性填料其微生物种类丰富程度更高。实时荧光定量PCR(qPCR)结果显示,改性后hzo基因相对丰度由59.50%增至73.50%,提高了14%,nxrB基因相对丰度由21.10%减至17.70%,降低了3%。由此可见,填料经改性后表面生物膜量增加,生物膜上功能微生物种类丰富性也有所增加,但在较低氮基质负荷条件下脱氮效率基本不变。     

TiO_2/PVDF编织管改性复合膜的制备及性能

以PET编织管为内支撑层,以PVDF为膜基材、纳米TiO_2粒子为亲水化改性剂,利用涂覆-浸没凝胶相转化法制备得到具有高强度高通量的PVDF-PET编织管改性复合膜。考察PVDF含量对涂覆及膜表面形貌和膜性能的影响。以水通量、抗污染性等为评价指标,确定改性膜中纳米TiO_2颗粒的最佳投入比。结果表明:PVDF-PET编织管中空纤维膜在PVDF耗量、过滤面积和机械强度上较传统中空纤维膜具有更大优势。当铸膜液中PVDF含量在10%~14%时,膜表面平整光滑,涂覆均匀;PVDF含量为12%时,复合膜孔隙率最大。由QCM-D检测分析可知,PVDF/TiO_2膜与纯PVDF膜相比,牛血清蛋白(BSA)吸附量减少;TiO_2含量为1%时复合膜通量衰减率最低,抗污染性最强,通量最大,复合膜整体性能更为优异。     

纳米氧化锌改性聚偏氟乙烯超滤膜的性能

采用共混法制备了纳米ZnO改性聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜,考察纳米ZnO添加量对聚偏氟乙烯膜性能的影响。膜性能测定数据表明,适量纳米ZnO(1.5%~2.0%)的添加使膜孔径增大了53.91%,膜纯水通量提高了77.01%。同时,膜接触角随着纳米ZnO添加而降低,从89.3°逐渐减小到77.9°;衰减系数减小了48.84%,膜阻降低了76.62%,PVDF-ZnO超滤膜对牛血清白蛋白(BSA)的截留率稳定在90%以上。以大肠杆菌为代表的PVDF-ZnO膜抑菌性能测试结果表明,随着纳米ZnO添加量的增加,PVDF-ZnO膜抑菌率相应增加,尤其在纳米ZnO质量分数为3.0%时抑菌率高达62.9%,显著提高PVDF膜的抗菌效果。     

蛋白类污染物在PVDF/GO杂化膜表面的吸附特性

为从微观层面探讨蛋白质在膜表面的污染特性,采用改性Hummers法制备出具有"二维结构"的氧化石墨烯(GO),制得不同GO添加量的改性膜,通过自制的镀膜芯片,结合耗散型石英晶体微天平(QCM-D)等研究了牛血清蛋白(BSA)对改性膜污染的动态过程。结果表明:GO表面含有大量的亲水性官能团,其添加量不同,改性膜的接触角呈现不同程度的降低,且改性膜的亲水性越高,BSA在膜面的吸附速率和饱和吸附量相对越低。吸附过程中污染物在改性膜面的吸附累积经历了2个阶段,吸附初始阶段BSA在膜面快速累积,污染层的黏弹性较小;吸附过程中GO改性膜表面的亲水性官能团促使水分子不断地渗透到污染层中,改变吸附层的构象,导致其黏弹性显著增大,使改性膜的抗污染性能得到有效提高。     

一种新型可见光响应催化剂改性PATFC膜的制备及其抗污染性能

以AgI、氧化石墨烯(GO)和超薄g-C₃N₄(UCN)为前驱体,通过超声结合化学沉淀法合成可见光响应AgI@GO@UCN(AGU)光催化剂,然后采用氮气压滤与界面聚合结合,将AGU负载于支撑基底聚酰胺膜(PATFC膜)表面,得到AGU改性PATFC膜,并对其制备条件及其抗污染性能进行研究。结果表明：改性膜最佳制备条件为：AGU投加量30 mg,间二胺(MPD)水相溶液质量分数1.0‰,MPD浸泡时间2 min,均苯三甲酰氯(TMC)有机相溶液质量分数0.25‰,TMC浸泡时间45 s;在最佳制备条件下,改性膜纯水通量为21.84 L·(m²·h)^-1(抽吸压力0.2 MPa),对刚果红(CR)截留率可达97.80%;亲水性能显著改善,水接触角由57.1°(PATFC原膜)降至40.7°(AGU改性膜);可见光吸收性能提高显著,改性膜最大光吸收边带由原膜的387 nm红移至488 nm;改性膜抗污染性能很好,其比通量由PATFC膜的69.54%提升至92.75%;改性膜具有良好的光催化自清洁特性,光...