纳米SiO2改性聚偏氟乙烯离子交换膜对单组分电解质溶液的脱盐性能研究

对纳米SiO2改性聚偏氟乙烯(SiO2/PVDF)离子交换膜电渗析处理单组分电解质溶液进行了试验研究。结果表明,在不同操作条件下,SiO2/PVDF离子交换膜的极限电流密度和脱盐率均大于未改性聚偏氟乙烯(PVDF)离子交换膜。SiO2/PVDF离子交换膜的极限电流密度随着淡水流量和电解质浓度的增加而增加;随着电流强度的增加,SiO2/PVDF离子交换膜的脱盐率也相应增加;随着淡水流量增加,脱盐率会逐渐降低。为使SiO2/PVDF离子交换膜用于电渗析过程获得良好的脱盐效果和节约能量,NaCl质量浓度为500mg/L时电流密度应控制在1.17mA/cm2。     

表面改性GOT/PVDF超滤膜的制备及对水中微污染物的去除

以氧化石墨烯-二氧化钛(GOT)纳米复合物作为亲水化改性剂,通过动态过滤法对聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜进行改性,得到GOT/PVDF改性膜。分别选用腐殖酸(HA)、磺胺嘧啶(SDZ)作为水中微污染物的代表物质,研究了改性膜在不同光照条件下对HA及SDZ的去除行为,同时考察了膜表面GOT的稳定性。结果表明:GOT/PVDF改性膜能提高对水中天然有机物的去除并控制膜污染;在光催化条件下,GOT/PVDF膜能够去除98.3%的SDZ,远高于黑暗条件下31.8%的去除率。     

季铵盐改性聚偏氟乙烯膜抗污染性能及其对厌氧膜生物反应器微生物的潜在影响研究

将季铵盐(QAC)改性聚偏氟乙烯(PVDF)膜运用于厌氧膜生物反应器(AnMBR),评估了其抗污染性能,探讨了厌氧微生物在QAC/PVDF膜上短期暴露时的活性变化情况。结果表明,QAC/PVDF膜在AnMBR中清洗周期较长,说明QAC/PVDF膜可延缓AnMBR的膜污染形成;将厌氧微生物短期暴露于QAC/PVDF膜的环境中,QAC/PVDF膜对厌氧生物处理相关酶活性影响较小,不会引起厌氧微生物细胞破损或产甲烷性能下降。但随着直接接触的QAC浓度上升,厌氧微生物细胞破损比例上升,相关酶活性和产甲烷性能下降。     

原油对纳米SiO2/聚偏氟乙烯离子膜的污染及清洗技术研究

聚偏氟乙烯(PVDF)膜的疏水性限制了其在水处理领域的应用.采用纳米SiO2/PVDF离子膜电渗析对含原油高矿化度污水进行膜污染试验.结果表明,纳米SiO2/PVDF离子膜抗油珠污染的能力较强于PVDF膜.乳化油珠在电场的作用下向阴离子膜表面迁移,并在阴离子膜表面浓集、聚并,形成油膜,堵塞离子通道,少量原油以憎水膜的形式覆盖于活性基团上.扫描电镜和能谱分析表明,膜面有机污染物主要是石油类污染物,无机污染物主要是CaCO3等无机物污垢.原油污染的纳米Si02/PVDF离子膜的较佳清洗方法为碱-表面活性剂法.     

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。     

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。     

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。     

中空纤维膜吸收甲苯气体

采用疏水性聚偏氟乙烯(PDVF)中空纤维膜为气液接触膜,n-甲酰吗啉(NFM)水溶液为吸收剂,研究了膜吸收技术分离甲苯/空气混合气的性能。考察了进气气体浓度、气体停留时间、吸收液体积分数和吸收液流量等诸因素对分离性能的影响。研究结果表明,膜吸收技术可以有效地分离甲苯/空气混合气,甲苯去除率可达90%;提高NFM吸收液的浓度和流量可同时增加甲苯的去除效率η和总传质系数K;气体停留时间的减小导致η降低,K反而增大;进气甲苯浓度的增加导致η下降,同时降低总传质系数K。     

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。     

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。     

不同过滤介质对PM_(2.5)过滤性能与效果

测定了不同孔径结构的无纺布和聚偏氟乙烯(PVDF)微滤膜电晕前后对Particulate Matter 2.5(PM_(2.5))的过滤性能,研究了材料的孔径与结构、过滤气流量、电晕放电对PM_(2.5)过滤效率的影响。结果表明,聚酯无纺布和PVDF微滤膜对PM_(2.5)的过滤性能差别较大,电晕放电处理技术能有效提高过滤介质对PM_(2.5)的过滤效率。过滤介质有效过滤面积为10.2 cm~2、过滤气流量为4 L/min时,克重数为50 g/m~2的聚酯无纺布电晕处理后对PM_(2.5)的过滤效率为77%,过滤压降为2.3 k Pa;而孔径分布为0.7~1.0μm的PVDF微滤膜电晕处理后对PM_(2.5)的过滤效率达到99.79%,过滤压降为2.2 k Pa,具备了高效低阻的性能。     

膜吸收法净化低浓度甲醛和氨气简

基于膜吸收技术自制双层平板式膜吸收器，搭建净化低浓度甲醛和氨气污染模拟系统，考察不同膜结构参数、进气流量、吸收剂流量等因素对其净化效果的影响。结果表明，聚偏氟乙烯PVDF对低浓度甲醛和氨气的净化效率高于聚四氟乙烯PTFE。对同一材质膜，随着膜孔隙率的增大，甲醛和氨气的净化率呈上升趋势。随着进气流量的增加，甲醛和氨气的净化效率降低；而吸收剂流量对其净化效率影响不大。对于所有实验条件，平均膜孔径为0.22 μm的PVDF 4^#在进气流量u_g=120 L/h时，甲醛和氨气的净化效率最高，分别达94.7%和96.3%。     

基于超滤膜技术的DMF废液预处理

为去除合成革废液中悬浮物质,降低精馏回收能耗,采用超滤膜技术(UF)对合成革行业DMF(二甲基甲酰胺)废液进行预处理研究。结果表明,经聚酰胺膜、聚偏氟乙烯膜、聚偏氟乙烯耐压膜、聚醚砜膜或聚丙烯膜(PP)处理后废液浊度都能从600 NTU降到1 NTU左右。结合膜通量变化情况及成本分析,PP膜组件较优。对比不同条件下PP膜通量变化情况及恢复情况,PP膜运行压力宜选用0.1 MPa,运行时宜选择较大膜表面流速,反冲洗宜采用滤出DMF澄清液,化学清洗宜选用次氯酸钠溶液(0.1%)。适当增加反冲洗频率(每小时反冲1 min)能减缓膜通量的下降程度,此时通量恢复率能达到95.8%。水力冲洗能去除膜表面绝大部分有机物,但仍有少许的污染物质附着在膜的表面及膜孔中。     

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。     

膜吸收法净化低浓度甲醛和氨气

基于膜吸收技术自制双层平板式膜吸收器，搭建净化低浓度甲醛和氨气污染模拟系统，考察不同膜结构参数、进气流量、吸收剂流量等因素对其净化效果的影响。结果表明，聚偏氟乙烯PVDF对低浓度甲醛和氨气的净化效率高于聚四氟乙烯PTFE。对同一材质膜，随着膜孔隙率的增大，甲醛和氨气的净化率呈上升趋势。随着进气流量的增加。甲醛和氨气的净化效率降低；而吸收剂流量对其净化效率影响不大。对于所有实验条件，平均膜孔径为0．22μm的PVDF4#在进气流量ug=120L／h时，甲醛和氨气的净化效率最高，分别达94．7％和96．3％。     

臭氧预处理制备PVDF接枝SSS离子交换膜

为了降低离子交换膜的制膜费用,同时为后期微生物燃料电池中的应用提供依据和参考,实验研究了用臭氧预处理过氧化苯甲酰(BPO)引发条件制备聚偏氟乙烯(PVDF)接枝对苯乙烯磺酸钠(SSS)聚合物(PVDF-g-SSS)。傅里叶红外分光光度计(FT-IR)确认了产物的化学组成,用溶剂挥发法制得离子交换膜(PS膜)。通过X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱仪(XPS)分析了膜的结晶形态及膜面元素组成,并考察SSS单体用量对膜的离子交换容量、电导率及亲水性等性质的影响。结果表明:接枝反应对PVDF晶型影响较小,PS膜表面有S元素生成;臭氧处理后PVDF易与SSS发生接枝聚合反应,且离子交换容量与SSS单体用量成较好的线性关系,当PVDF/SSS的配比为1∶5,PVDF-g-SSS占铸膜液含量的5%时,PS膜的最高离子交换容量可达2.5 mmol·g~(-1),电导率可达0.046 s·cm~(-1)。     

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%。     

CNT-PVDF复合中空纤维膜的制备及其电辅助抗膜污染性能

电辅助膜过滤是减缓膜污染的有效方法,但是受限于缺乏稳定性好、机械强度高、制备工艺简单的导电膜。通过在PVDF膜表面真空抽滤CNT制备得到了导电的碳纳米管-聚偏氟乙烯(CNT-PVDF)复合中空纤维膜,然后利用酸化CNT表面羧基与聚乙烯醇的羟基发生交联反应来固定CNT,以提高导电功能层的稳定性。抗污染实验结果表明:单纯膜过滤在5个运行周期内的膜通量衰减72%,反冲洗再生后膜通量为初始通量的58%;而在电辅助下(2 V电压,膜作为阴极),静电排斥作用可以有效降低膜通量衰减速度,减缓膜污染程度,5个运行周期内的膜通量衰减均小于10%,反冲洗再生时能完全恢复膜初始通量。以上研究结果可为推进电辅助缓解膜污染技术的实际应用提供参考。     

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.     

超滤膜处理油田采出水用于回注的试验研究

试验采用截留分子量为100 ku的PVDF(聚偏氟乙烯)超滤膜组件对大庆油田采出水进行了处理,处理水用于油田回注以减少清水的消耗和降低环境污染,同时确定了最佳操作条件和膜清洗方法并考察了超滤出水水质的影响.结果表明最佳的操作条件为:跨膜压差0.30～0.35 MPa,膜面流速3.0～3.5 m/s,温度35～40 ℃.超滤出水中的悬浮物、含油量均低于1.00 mg/L,粒径中值和SRB不能检出,超滤出水水质完全满足油田回注水标准.