Mg~(2+)对腐殖酸在EVOH膜面微观作用过程的影响

在不同Mg~(2+)条件下,使用耗散型石英晶体微天平(QCM-D)技术考察了腐植酸(HA)在乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)膜面的吸附行为及HA吸附层结构特征,定量测定了EVOH-HA及HA-HA之间作用力随Mg~(2+)含量的变化特征,结合宏观EVOH膜污染实验,揭示Mg~(2+)对天然有机物超滤膜污染行为的影响机制.结果表明:Mg~(2+)对HA污染行为的影响分为2个阶段:在较低的Mg~(2+)条件下,电荷屏蔽、络合及架桥等作用使得EVOH及HA表面所带净电荷量减小,削弱了EVOH-HA及HA-HA之间的静电排斥力,进而促进HA在膜面的吸附累积,且形成密实的HA污染层,相应膜污染加剧.随着Mg~(2+)含量继续增大,EVOH-HA及HA-HA之间水合排斥力逐渐增强,成为控制膜污染的主要因素,有效减缓了HA在EVOH膜面的吸附累积速率,且膜面形成松散多孔的HA吸附层,伴随着膜污染速率及污染幅度的减小.     

溶解性微生物产物在GO/PVDF杂化膜面的污染行为

为了解析溶解性微生物产物（SMP）在GO/PVDF杂化膜面的污染特性,对膜片进行了宏观污染实验,并采用耗散石英微晶天平（QCM-D）从微观角度分析了SMP在自制镀膜芯片上的吸附规律和污染层结构变化.结果表明,GO含量为0.5wt%的膜污染恢复率最高（79.95%）,抗污染能力最强.QCM-D实验发现,GO含量为0wt%镀膜芯片表面SMP吸附量最大,污染较为严重.膜片亲水性越强,吸附频率变化越小,抗污染能力越强.此外,GO含量为0.5wt%镀膜芯片表面的污染物结构比较疏松和柔软,其他膜表面的污染物结构较为坚硬和致密.     

深圳大气气溶胶中水溶性有机物粒径分布特征

建立了雾化器-气溶胶化学组分检测仪(ACSM)联用的分析方法,实现了对2013年春季深圳MOUDI多级采样膜(0.056~18μm)中WSOM与无机离子组分的同时测定.结果表明:所测得的水溶性颗粒物总质量浓度变化范围为(17.4±2.1)μg/m3,其中有机物和硫酸盐是最主要的两种化学组分;粗、细粒子中的WSOM主要以二次来源为主,且大部分粗粒子中的WSOM可能来源于非均相反应;不同粒径范围WSOM的氧化态(以O/C计)估计值在0.46~1.4范围内,平均为0.96,对应的有机物/有机碳比(OM/OC)估计值在1.8~2.9范围内,平均为2.4,粗粒子中WSOM的O/C比细粒子更高,暗示粗粒子中WSOM可能经历了更多的老化过程.     

基于HBPs接枝的PVDF膜亲水改性及抗污染性能

在聚偏氟乙烯（PVDF）微滤膜表面接枝超支化聚合物聚乙烯亚胺（HPEI）,并通过环氧丙醇与氨基的开环反应在PVDF膜表面形成高密度的多羟基结构,实现PVDF膜的亲水改性.实验对膜的表面亲水性、抗粘附性能和抗污染性能进行表征,并采用原子力显微镜（AFM）测量膜与污染物探针之间的粘附力以进一步探究改性膜的抗污染机理.实验结果显示,改性后,PVDF膜的接触角从85°减小至42°,润湿时间从20s缩短至10s,表面亲水性显著提高;在静态吸附实验中,改性膜表面粘附的蛋白质和多糖数量明显减少;在动态污染实验中,改性膜的水通量恢复率（FRR）较高,不可逆通量下降率（IFR）较低,说明其较强的抗污染性能.AFM界面粘附力的测试结果表明污染物探针与改性膜面的粘附力较弱,进一步证实改性膜表面丰富的亲水基团以及超支化结构的位阻效应可以有效改善PVDF膜的抗污染性能.     

海藻酸及腐殖酸共存对PVDF超滤膜的污染行为

为了揭示有机物对PVDF超滤膜的污染行为,选用典型亲/疏水性有机污染物海藻酸(SA)及腐殖酸(HA),采用原子力显微镜结合自制的PVDF膜材料探针和污染物探针定量测定了PVDF-污染物及污染物-污染物间的作用力,并进行PVDF膜污染试验和污染物去除效果分析.结果表明:亲水性SA-PVDF及SA-SA之间的作用力皆大于疏水性HA-PVDF及HA-HA间的作用力,且SA污染膜的通量衰减速率与衰减幅度明显大于HA污染膜,说明了亲水性有机物是引起PVDF超滤膜污染的优势污染物.HA/SA混合污染物试验表明,膜污染行为与混合污染物中优势污染物的含量密切相关;与单种污染物的膜污染行为相比,混合污染物间不存在明显的协同作用促进膜污染.此外,污染物的去除率与相应微观作用力大小及膜污染速率成正相关关系.     

远程氩等离子体对聚醚砜膜表面性能的改性

采用双悬浮探针和电子自旋共振法定量对远程氩等离子体进行诊断,确定了电子、离子浓度和自由基浓度的分布,以预测表面改性的最佳区;利用远程氩等离子体对聚醚砜（PES）超滤膜进行表面改性,通过接触角测量、扫描电子显微镜和X射线光电子能谱分析改性前后膜表面结构和性能的变化,最后利用牛血清蛋白分离实验分析改性前后膜的分离性能和抗污染性能变化.结果表明,氩等离子体中电子、离子浓度沿轴向距离逐渐降低,在30cm后接近于0,而40cm处自由基浓度仍维持在90%以上,为可能的最佳表面改性区;在该区对PES超滤膜改性后,引入含氧基团和含氮基团,膜表面（O+N）/C原子比从0.18增大到0.46,增强膜表面极性;在最佳处理条件下,膜表面接触角从67°减小到18°,使膜表面亲水性能增强,抑制了电子、离子对膜的刻蚀作用;通过牛血清蛋白实验测定改性后膜污染率由70.3%减小到64.7%,抗污染性能提高.     

有机改性蒙脱土对萘的吸附机制和影响因子

我国场地土壤中多环芳烃（PAHs）污染或PAHs-重金属复合污染是常见的污染类型,对公众健康与环境构成巨大威胁.本研究利用耗散型石英晶体微天平（QCM-D）技术和批量吸附实验,探究实验室制备的2种有机改性黏土对萘的吸附机制,以及萘与Cu²⁺共存时黏土颗粒吸附情况.结果表明,25℃时,十六烷基三甲基溴化铵改性蒙脱土（CTAB-SMF）的吸附等温线符合Freundlich模型（R²>0.92,n>1）,说明其对萘的吸附位点具有多样性,在较高萘平衡浓度（c_e=1 mmol ·L^-1）下吸附分配系数K_d为SMF的13.4倍;3-巯基丙基三甲氧基硅烷改性蒙脱土（TMSP-SMF）的吸附等温线符合Langmuir模型（R²>0.96）,在较高萘平衡浓度（c_e=1 mmol ·L^-1）下吸附分配系数K_d为SMF的1.14倍.说明2种有机改性黏土对萘的吸附效果优于SMF颗粒.3种黏土颗粒对萘的吸附焓在-30~-10 kJ ·mol^-1之间,均为自发物理吸附.溶液离子强度升高抑制了SMF吸附萘,但对改性黏土吸附萘无显著影响.萘平衡浓度较低（c_e=0.1 mmol ·L^-1）时,Cu²⁺的存在使TMSP-SMF对萘的吸附效果增加了3倍;同时萘能促进2种改性黏土对Cu²⁺的吸附.本研究通过原位在线QCM-D检测了黏土对萘的吸附机制,结果与批量吸附实验结果一致：CTAB-SMF对萘的吸附位点主要为黏土层间的改性剂基团,TMSP-SMF则位于黏土颗粒表面的改性剂基团.本项研究结果显示,QCM-D技术是一种有效的原位在线表征黏土膜吸附有机污染物的方法,2种有机改性的黏土颗粒可作为应用于PAHs或PAHs-重金属复合污染场地的修复材料.     

亲水荷电超滤膜的制备及对腐殖酸的分离性能

为改善聚醚砜(PES)超滤膜的抗污染性能和提高对腐殖酸(HA)的截留率,以介孔二氧化硅(MS)为添加剂,采用相转化法制备了亲水性PES/MS复合超滤膜,并对膜表面进行荷电改性.研究了MS对膜的断面结构、表面化学性质和过滤性能的影响,考察了荷电改性PES/MS超滤膜对水中HA的分离性能以及溶液pH值、离子强度和钙离子浓度等因素对荷电膜超滤过程的影响.SEM表征结果显示,MS颗粒在PES/MS复合膜的表面分散均匀,膜孔的连通性改善.亲水荷电改性后,膜表面接触角由68°降至57°,zeta电位由-6.31mV降至-11.45mV,膜对HA的去除率由72%提高到95%,通量衰减率由29.8%减小到4.9%.结果表明,对PES超滤膜进行亲水荷电改性可有效提高对HA的截留率,同时减轻膜污染;另外,溶液的pH值、离子强度和钙离子浓度对荷电超滤膜的过滤性能有较大影响,调节合适的溶液环境可在提高截留率的同时,减轻膜污染.     

纳米二氧化硅改性聚酰胺复合膜及其抗污染性能

采用经3-氨基丙基三甲氧基硅烷（APTMS）修饰的纳米二氧化硅（SiNPs）,对正渗透聚酰胺复合膜（TFC）进行抗污染改性.在静电吸附作用下,APTMS-SiNPs可通过表面涂覆的方式接枝在带负电的TFC表面,以提高膜的亲水性和抗污染效能.改性后,大量纳米材料成功接枝在膜表面,膜表面的接触角降低了54%,而膜电位和表面粗糙度无明显变化.采用海藻酸钠作为代表污染物,对原膜和改性膜的动态污染行为进行探究,通过监测污染阶段的通量变化和膜表面滤饼层含量,发现改性膜在膜污染后期表现出优良的抗污染性能,最终通量衰减降低了28%,膜表面滤饼层含量减少了35%.改性膜的抗污染性能主要归因于APTMS-SiNPs带来的膜表面亲水性的大幅提高.     

渗滤液中Na+对生物膜形成初期吸附特性的影响

为了探究渗滤液微生物生物膜形成初期吸附特性, 设置4种Na⁺浓度采用耗散型石英晶体微天平(QCM-D), 结合刚性模型和黏弹性模型拟合分析, 探究吸附质量和黏弹性随时间变化.结果表明: 生物膜初期吸附存在可逆吸附和不可逆吸附过程, 150mmol/L的Na⁺促进了不可逆吸附的形成.Na⁺增加了溶液Zeta电位, 细菌表面所带净电荷量减小; 随Na⁺浓度由2.5mmol/L增加至50mmol/L, 表面吸附速率逐渐增加, 符合静电双层理论, Na⁺继续增加至150mmol/L, 吸附速率无显著变化.在不同浓度Na⁺溶液中, 吸附膜柔性大小顺序为: 150mmol/L>2.5mmol/L>10mmol/L≈50mmol/L.模型拟合结果表明, 膜黏弹性随吸附过程逐渐增加; 随Na⁺浓度增加, 吸附膜质量增加, 膜黏弹性先升高后不变.     

pH值对有机物(BSA)膜污染的影响

选用BSA(牛血清蛋白)代表有机污染物,使用QCM-D技术考察了BSA在PVDF膜面的吸附行为及吸附层结构随pH值的变化特征,并采用原子力显微镜定量测定了相应pH值条件下PVDF-BSA及BSA-BSA之间作用力,结合膜污染试验,解析pH值对有机物污染膜行为的影响机理.结果发现,在BSA的等电点,PVDF-BSA及BSA-BSA之间的静电排斥力最小,导致BSA迅速吸附累积于膜面,形成密实的BSA污染层,引起超滤膜通量大幅度衰减.当pH值偏离BSA等电点后,BSA间静电排斥力的增强有效削弱了BSA在膜面的吸附量,相应BSA污染层松散度增大,膜污染减弱.在实际的水处理中,通过适当的pH值调节,针对性将超滤膜及污染物调整至带有相同电性、并增大二者所带净电荷量,是减缓超滤膜污染的有效手段.     

Improvement of antifouling characteristics in a bioreactor of polypropylene microporous membrane by the adsorption of Tween 20

Surface modification by physical adsorption of Tween 20 was accomplished on polypropylene microporous membranes(PPMMs). Attenuated total reflection-Fourier transform infrared spectroscopy(ATR/FT-IR)and field emission scanning electron microscope(FE- SEM)were used to characterize the chemical and morphological changes on the membrane surfaces.Water contact angles and relative pure water fluxes were measured.The data showed that the hydrophilic performance for the modified membranes increased with the increase in the adsorption amount of Tween 20 onto the surface or into the pores of polypropylene microporous membranes.To test the antifouling property of the membranes by the adsorption of Tween 20 in a membrane bioreactor(MBR),filtration for active sludge was performed using synthetic wastewater.With the help of the data of water fluxes and the FE-SEM photos of the modified PPMMs before or after operating in a MBR for about 12 d,the PPMMs with monolayer adsorption of Tween 20 showed higher remained flux and stronger antifouling ability than unmodified membrane and other modification membranes studied.     

有机大分子对聚酰胺复合纳滤膜偏硅酸钠污染的影响

选用腐殖酸(HA),海藻酸钠(SA),牛血清蛋白(BSA)和偏硅酸钠分别模拟水体中有机大分子和无机污染物对聚酰胺复合纳滤膜进行了膜污染试验.结合原子力显微镜(AFM)及自制的胶体探针定量测定了不同条件下,膜-偏硅酸钠以及偏硅酸钠-偏硅酸钠之间的作用力.分析了污染膜的表面结构特征及其通量恢复率,系统考察了膜表面吸附不同有机大分子后,对随后硅酸盐污染行为的影响.结果表明:膜表面吸附HA和SA后,膜面负电位增加,与偏硅酸钠之间静电斥力变大,导致其结合能力减弱,减缓了结垢污染.然而,吸附BSA后的膜与无有机条件膜相比,负电位基本一致,故对纳滤膜结垢过程几乎无影响.     

β-环糊精/醋酸纤维素纳米纤维的制备及对染料废水的处理

制备了不同β-环糊精(β-CD)含量的醋酸纤维素(CA)纳米纤维膜,并对纤维膜的结构形貌、尺寸分布、孔隙率、比表面积以及纤维膜的力学性能进行表征分析。随后研究了不同β-CD含量、初始浓度、吸附时间下,纳米纤维膜对甲基红染料的截留性能和吸附性能。结果表明:过量(≥30%)的β-环糊精会使纳米纤维产生珠节,纤维的形貌和力学性能变差;吸附试验表明,β-CD的加入提高了CA纳米纤维膜对染料的吸附,MR吸附率可达93.48%,最大平衡吸附量可达181.74 mg/g,比纯CA纳米纤维膜提高了将近40%;此外,染料的截留实验表明,纳米纤维膜对染料的截留效果较差,最大截留率为50.35%。     

两亲性共聚物共混PVDF超滤膜的界面性质与抗蛋白质污染的研究

考察了两亲性共聚物聚氧乙烯/聚氧丙烯/聚氧乙烯[PEO-PPO-PEO(F127)]共混聚偏氟乙烯(PVDF)铸膜液,在水相凝胶浴中的相转化动力学过程.结合衰减全反射傅立叶转变红外光谱(ATR-FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)等表征手段,分析了F127含量在PVDF膜表面的PEO富集率、膜微观形貌及结构参数的影响规律.以静态吸附量、过滤比通量衰减及膜污染阻力模型,评价了F127/PVDF共混膜对牛血清蛋白(BSA)的抗污染性能.结果表明随着F127添加量增大,相转化延迟分相行为增强,膜表面及内部孔径和孔隙率升高,表面粗糙度增大,膜面PEO富集率的增幅在F127含量达15%后趋于稳定.F127含量在15%~25%之间的共混膜有较高的渗透通量和BSA截留率,静态吸附量低,比通量衰减速度慢,不可逆污染指数低,堵孔阻力及滤饼层阻力分布系数小,表现了良好的抗污染性能.     

紫外辐照改性生物炭对VOCs的动态吸附

采用365 nm紫外光辐照改性椰壳生物炭,以提升对挥发性有机污染物(VOCs)的吸附性能.选取苯和甲苯两种典型的VOCs为吸附质,考察了改性前后生物炭的吸附穿透曲线.结果表明,紫外辐照改性后的生物炭其吸附性能显著增加,对苯和甲苯的饱和吸附量分别由7.27 mg·g~(-1)和7.98 mg·g~(-1)提升至122.80 mg·g~(-1)和236.36 mg·g~(-1),吸附穿透时间也由1 min和2 min大大延长至390 min和620 min.生物炭表面理化特征分析表明,紫外辐照增大了生物炭表面含氧官能团的含量和外比表面积,这可能是改性生物炭吸附性能提升的关键因素.Yoon-Nelson、Thomas和BDST模型均能很好地模拟改性生物炭对不同浓度苯和甲苯的吸附过程,其相关系数大于0.992.热重分析结果表明,紫外辐射对生物炭的热稳定性影响甚微.改性生物炭吸附饱和后,可经热再生后重复利用,对甲苯的吸附重复利用5次后仍有较高的吸附能力.     

Fabrication of asymmetric poly (m-phenylene isophthalamide) nanofiltration membrane for chromium(VI) removal

The feasibility of employing nanofiltration for the removal of chromium(VI) from wastewater was investigated. Poly (m-phenylene isophthalamide) (PMIA) was used to fabricate asymmetric nanofiltration membrane through the phase-inversion technique. Scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM) were used to characterize the obtained membrane, and the both confirmed a much smoother surface which could reduce membrane fouling. The PMIA membrane showed di erent rejections to electrolytes in a sequence of Na2SO4 > MgSO4 > NaCl > MgCl2, which was similar to the sequence of the negatively charged nanofiltration membranes. Separation experiments on chromium(VI) solution were conducted at various operating conditions, such as feed concentration, applied pressure and pH. It is concluded that chromium(VI) could be e ectively removed from chromiumcontaining wastewater by the PMIA nanofiltration membranes while maintaining their pollution resistance under alkaline condition.     

Effects of ozonation and coagulation on effluent organic matter characteristics and ultrafiltration membrane fouling

Effluent organic matter （EfOM） is the major cause of fouling in the low pressure membranes process for wastewater reuse. Coagulation and oxidation of biological wastewater treatment effluent have been applied for the fouling control of microfiltration membranes. However, the change in EfOM structure by pre-treatments has not been clearly identified. The changes of EfOM characteristics induced by coagulation and ozonation were investigated through size exclusion chromatography, UV/Vis spectrophotometry, fluorescence spectrophotometry and titrimetric analysis to identify the mechanisms in the reduction of ultrafiltration （UF） membrane fouling. The results indicated that reduction of flux decline by coagulation was due to modified characteristics of dissolved organic carbon （DOC） content. Total concentration of DOC was not reduced by ozonation. However, the mass fraction of the molecules with molecular weight larger than 5 kDa, fluorescence intensity, aromaticity, highly condensed chromophores, average molecular weight and soluble microbial byproducts decreased greatly after ozonation. These results indicated that EfOM was partially oxidized by ozonation to low molecular weight, highly charged compounds with abundant electron- withdrawing functional groups, which are favourable for alleviating UF membrane flux decline.     

SGO/PVDF-g-PSSA复合质子交换膜的制备及抗污染性研究

为更好的提高PVDF-g-PSSA质子交换膜的性能,将磺化氧化石墨烯（SGO）与PVDF-g-PSSA共聚物混合制得SGO/PVDF-g-PSSA复合质子交换膜.用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）以及X射线测定仪（XRD）证实了GO的成功磺化.对复合膜进行SEM表征并考察了复合膜的主要性能,得到了最佳SGO掺加量.使用耗散型石英晶体微天平（QCM-D）研究了复合膜的抗污染性能.实验结果表明：当SGO添加量为1.0%时,复合膜的含水率达到44.34%,质子传导率为0.085S/cm,综合性能达到最佳.QCM-D实验表明,在纯水和50mmol/L PBS条件下,复合膜表面的BSA吸附量均最低,且|ΔD/ΔF|最大,说明吸附层较为疏松,复合膜具有较好的抗污染性.