氧化石墨烯改性PVDF/PET复合膜的制备及其抗污染性能

采用PET编织管作为复合膜的结构层,将PVP和氧化石墨烯(GO)分别作为制孔剂和改性剂与PVDF基材混合,通过涂覆-浸没凝胶相转化法制备得到具有亲水性的高强度PVDF/PET编织管复合膜。观察复合膜的断面结构和表面形貌,测定其纯水通量、表面基团以及接触角等性能参数,并将不同浓度GO改性复合膜应用于序批式膜生物反应器(SMBR)中。利用原子力显微镜(AFM)及自制的污染物胶体探针测定了溶解性微生物产物(SMP)与膜面之间的微观作用力,考察改性复合膜的抗污染特性。在40 d的反应器运行实验中,GO改性复合膜的清洗周期较改性前延长了20%~40%,该结果说明改性复合膜能够有效抑制膜面对污染物的吸附,且GO质量分数为0.5%时清洗周期最长。AFM测试结果显示,复合膜中GO质量分数为0.5%时,SMP与膜面之间的黏附力最小,抗污染能力最强。     

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。     

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。     

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。     

溶液对蛋白质污染膜的清洗效果分析

采用牛血清蛋白(BSA)代表有机物,自行开发了聚偏氟乙烯(PVDF)膜片,结合耗散型石英晶体微天平(QCM-D),考察不同NaCl浓度条件下BSA在PVDF膜面的微观解吸行为及吸附层结构特征;并使用原子力显微镜测定相应离子条件下与膜污染行为相关的微观作用力大小,综合膜性能恢复实验,解析NaCl溶液对有机物污染膜的清洗机理.结果表明:随着NaCl离子浓度的从1增加到300 mmol·L~(-1),PVDF与羧基官能团之间的相互作用力逐渐减小,BSA污染层松散度逐渐增大;同时引入大量的水合Na~+离子进入BSA污染层内部,破坏BSA污染层内部的静电吸引力和氢键,进而破坏吸附层结构,伴随着BSA污染膜的通量恢复率随着NaCl离子浓度的增加而大幅度提高。     

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。     

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。     

远程氨等离子体表面改性聚偏氟乙烯超滤膜的效果分析

采用远程氨等离子体对聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜进行了表面改性实验,通过水接触角表征了改性前后PVDF超滤膜表面的亲水性能,利用扫描电镜(SEM)和X-射线光电子能谱(XPS)表征了改性前后PVDF超滤膜表面的形貌、化学成分变化,通过牛血清白蛋白(BSA)过滤实验评价了改性前后PVDF超滤膜的过滤性能及抗污染性能。结果表明,远程氨等离子体改性的最佳条件为射频功率为40 W,处理时间为45 s,气体流量为20 cm~3·min~(-1);远程氨等离子体通过将含氧、含氮官能团引入PVDF超滤膜表面,使其表面亲水性官能团增多,表面的亲水性能得到提高,水接触角从95.63°降至52.79°,同时降低了对材料表面的刻蚀作用;通过BSA溶液过滤实验,改性后PVDF超滤膜具有良好的过滤性能和抗污染性能,其水通量、 BSA通量分别从87.42、48.00 L·(m~2·h)~(-1)增至129.36、79.98 L·(m~2·h)~(-1),截留率从81.43%增至87.70%,总污染率从70.25%降至45.96%。综合上述结果,经过远程氨等离子体改性后,PVDF超滤膜的亲水性能、过滤性能及抗污染性能均得到改善。     

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。     

聚砜超滤膜制备、改性及抗油污染性能评价

采用聚砜、聚乙烯吡咯烷酮和甲基吡咯烷酮为原料,通过相转化法制得聚砜超滤膜,并用二氧化钛、盐酸多巴胺、硅烷偶联剂KH550和三(羟甲基)氨基甲烷盐酸盐进行表面改性。实验考察了不同质量分数的聚砜对膜水通量的影响及改性前后膜水通量、透过系数及接触角的变化,同时配制500mg·L~(-1)的含油污水进行抗油污染测试。实验发现:聚砜超滤膜的水通量与压力成正比,且随着聚砜浓度的增加,聚砜超滤膜的纯水透过系数逐渐降低。最终选取质量分数为15%的聚砜超滤膜进行改性,改性后的膜纯水通量较改性前下降了40.66%,接触角从66.5°下降至35.3°,亲水性提高了46.91%,且抗污染性明显提高,在含油污水测试中,水通量增大了2.2倍,表现出较普通聚砜超滤膜更高的水通量和稳定性。     

正渗透复合膜的制备及表征

通过在聚砜铸膜液中加入混合添加剂氯化锂和聚乙烯吡咯烷酮(PVP),用相转移法制备出多孔支撑层,然后通过界面聚合制备聚酰胺正渗透复合膜,重点研究了添加剂和聚砜浓度对膜结构和性能的影响。结果表明,氯化锂使得膜支撑层指状孔更加均一,提高孔隙率,并降低海绵层的厚度,提高了水通量;PVP增强了膜的亲水性,并易于成膜,在保持截盐率的同时提高了水通量;随着聚砜浓度增大,支撑层孔隙率变小,海绵状孔层变厚,生成的聚酰胺层更加致密,加重过程内浓差极化,水通量降低。采用质量分数为9%聚砜同时添加氯化锂和PVP的膜支撑层结构均一,孔隙率较大(68.0%),表面亲水性较强(接触角48.5°),优于2种商用三醋酸纤维素正渗透膜的孔隙率(32.6%和25.4%)和接触角(76.5°和73.5°);在正渗透过程中的自制膜水通量为21.9 L/(m2·h),均高于2种商用三醋酸纤维素正渗透膜(9.5和14.4 L/(m2·h))和文献报道的正渗透复合膜通量水平,并维持了一定的截盐率(盐通量为19.9 g/(m2·h)),表现出优异的正渗透性能。     

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...     

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。     

纳米二氧化锆改性膜生物反应器处理生活污水的试验研究

对聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜进行共混改性,制备出纳米二氧化锆(ZrO_2)改性的中空纤维膜。通过对改性膜和未改性膜的纯水通量、机械性能、微观结构、接触角、含水率、孔隙率等参数进行表征,并使改性膜和未改性膜组件应用于膜生物反应器处理生活污水,对比了两者的出水水质,并对其膜过滤过程中的阻力进行分析。结果表明:两个膜组件应用于膜生物反应器污水处理效果良好,对COD和BOD5的去除达到90%以上,对氨氮的去除达到80%以上,对TN和TP的去除达到70%以上。与未改性膜相比,改性膜的膜通量更大,阻力更小,表明纳米ZrO_2可明显改善PVDF中空纤维膜的亲水性,提高其抗污染能力。     

亲疏水性溶解性有机物对聚偏氟乙烯超滤膜污染行为

选用模拟亲疏水性有机物及实际二级处理水中的亲疏水性有机物,分别进行了聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜污染实验.并测定了不同污染物与膜及污染物间的作用力,分析亲/疏水性有机物对PVDF超滤膜的污染行为.结果表明,膜-污染物及污染物间相互作用力是控制膜污染行为的主导因素.亲水性有机物与PVDF超滤膜之间的相互亲和力较强,致使运行初期膜通量的大幅度下降,是PVDF膜的优势污染物.但是,针对实际污染物,运行后期,疏水性有机物之间较强的相互作用力使得其取代了亲水性有机物,成为膜的优势污染物.此外,模拟亲疏水性有机物的膜污染变化规律与实际亲疏水性有机物相似,表明使用模拟污染物可一定程度上预测实际废水中相应性能污染物的膜污染行为.     

超滤膜深度处理染整废水的膜污染机理

实验采用不同规格和材料的超滤膜进行染整二级尾水分离实验,对超滤膜污染机理及影响因素进行了分析。实验采用红外光谱分析了聚醚(PES)膜、聚砜(PSF)膜和聚醚酰亚胺(PEI)膜3种超滤膜材料,对比了污染前后膜面的接触角以及不同切割分子量对膜通量及出水水质的影响,并利用线性化的Herman堵塞模型拟合了不同分子量超滤膜的堵塞模型,初步探讨了超滤膜的污染机理。实验结果表明,膜材料表面亲水性基团的多少与初始膜通量大小成正比,出水COD值随超滤膜切割分子量减小而减小。切割分子量同为2 000 Da的3种超滤膜中,PES膜的处理效果最佳,出水COD平均值为47.81 mg/L;PEI膜通量最高,平衡通量可达50 L/(m2.h);切割分子量为1 000、10 000的超滤膜堵塞机理符合滤饼过滤模型,100 000的超滤膜堵塞机理更接近于完全堵塞模型;1 000的聚醚砜材质膜(PES)更适合此类废水的深度处理。     

混合添加剂对PVDF平板疏水膜结构及性能的影响

以不同添加剂采用浸没沉淀相转换法制备基于无纺布支撑的聚偏氟乙烯(PVDF)平板疏水膜,考察了不同添加剂的加入对膜性能与结构的影响;并利用扫描电子显微镜(SEM)、原子力学显微镜(AFM)、红外光谱(FTIR)、接触角测量及膜蒸馏实验等对疏水膜的结构及性能进行表征。结果表明,引入混合型添加剂制备的膜具有较高通量和盐截留率,其疏水性最强,而添加剂对聚合物的晶型影响较小。以35 g/L的NaCl盐溶液为进料液对制备的平板膜进行直接接触式膜蒸馏实验,在热侧进水温度为50℃、冷侧温度为20℃的条件下,所制备的疏水膜通量最高可达12.45 kg/(m2.h),截留率为99.99%。     

GO/PAN复合正渗透膜制备的影响因素及性能分析

以聚丙烯腈(PAN)为制膜基材,采用界面聚合法制备复合正渗透膜,研究了不同基膜组成、界面聚合条件对复合膜性能的影响及抗污染性能,并进一步添加氧化石墨烯(GO)进行共混改性,优化复合正渗透膜性能。结果表明,最佳基膜组成为,以16%的PAN为聚合物,以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂。最佳界面聚合条件为,将基膜浸没在2%的间苯二胺(MPD)水相溶液(pH=9)中120 s,然后与0.1%的均苯三甲酰氯(TMC)进行界面聚合反应60 s从而生成活性层,且活性层正面附着,最后于60℃下热处理3 min,所得复合膜具有较好的渗透性能。此外,经GO改性后,复合膜表面形成一种具有不同含氧官能团的层层堆叠式GO片层,导致膜的水通量上升了26%,截留率依然保持在99.90%以上,并且复合膜的抗污染能力得到明显提高。     

共混比对氯化聚氯乙烯(CPVC)/聚乙烯醇缩丁醛(PVB)共混超滤膜的影响

为了改善氯化聚氯乙烯(CPVC)超滤膜的亲水性,通过溶液共混的方法将亲水性的聚乙烯醇缩丁醛(PVB)与CPVC共混,制备了CPVC/PVB超滤膜。探讨了共混比对CPVC/PVB超滤膜的微观结构、水通量、截留率、亲水性、机械性能及耐污染性等性能的影响。研究结果表明,CPVC/PVB共混比为9∶1时,PVB在CPVC/PVB超滤膜表面的质量百分含量达到43.41%,表明CPVC/PVB共混超滤膜较CPVC超滤膜的亲水性有显著的改善。该共混比下,CPVC/PVB超滤膜的纯水通量较CPVC超滤膜提高了一倍,耐污染性和污水通量较CPVC超滤膜均有显著提高。     

高岭土对不同污染物微滤过程的影响

本研究采用原子力显微镜(AFM)结合自制的膜探针以及Zeta电位仪通过分别测量不同有机污染物,即腐殖酸(HA)、牛血清蛋白(BSA)和海藻酸钠(SA)与微滤膜之间的粘附力以及相应污染物的Zeta电位,对高岭土在不同有机物微滤过程的影响进行了系统性研究。结果表明,高岭土对污染膜通量衰减的影响主要发生在膜过滤的初期阶段,其存在使HA污染膜的初期通量衰减幅度增加,BSA和SA污染膜的初期通量衰减幅度减缓;清洗后HA污染膜的通量恢复率降低,而BSA和SA污染膜的通量恢复率增大。而且,高岭土的存在使膜-HA之间的粘附力变大以及HA溶液的Zeta电位变小,膜-BSA、SA之间的粘附力变小以及相应污染物的Zeta电位都增大。因此,膜-污染物之间粘附力以及溶液的Zeta电位的变化可以指示膜污染的变化趋势。