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。     

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。     

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。     

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。     

基于乙酸根离子的有机化肥作为正渗透膜反应器的汲取液缓解反应器中的盐积累

为解决正渗透膜反应器中盐积累的问题,选取乙酸铵(NH_4C_2H_3O_2)、乙酸钠(NaC_2H_3O_2)和乙酸钾(KC_2H_3O_2) 3种基于乙酸根离子的有机化肥作为正渗透膜反应器的汲取液,并将其与硫酸铵((NH_4)_2SO_4)、氯化钠(NaCl)和氯化钾(KCl) 3种其对应无机离子汲取液的正渗透(FO)工艺性能和正渗透膜生物反应器(OMBR)工艺性能进行比较。通过工艺水通量和盐含量的测定,生物反应器内COD、铵态氮和硝态氮含量的测定,污染后膜表面的SEM分析,评价了基于乙酸根离子的有机化肥作为正渗透膜反应器的汲取液对反应器内盐积累和膜污染的影响。结果表明:在FO工艺中,乙酸铵、乙酸钠和乙酸钾在0.6 mol·L~(-1)浓度下的平均水通量分别为10.30、11.07和12.73 L·(m~2·h)~(-1),低于其对应的无机离子汲取液的水通量;在OMBR工艺中,乙酸铵、乙酸钠和乙酸钾有机化肥作为汲取液可以显著减缓反应器内盐度的积累。此外,当基于乙酸根离子的有机化肥作为正渗透膜反应器的汲取液时,生物反应器中微生物的生物活性更高,虽然这更容易造成膜污染,但可以有效地去除有机物和氮磷营养物质。研究可为正渗透生物反应器的实际应用提供参考。     

应用POMS复合膜分离去除废气中挥发性有机污染物

依靠POMS平板单层膜或POMS卷式膜上选择性分离层的选择性溶解和渗透作用,常温负压分离回收废气中乙酸乙酯等挥发性有机污染物(VOC)组分.结果表明,膜两侧操作压差和原料气流量对乙酸乙酯分离效率影响较大;当原料气处理量为1.770 0～2.810 0 m3/(m2·h)、膜两侧操作压差为0.08 MPa,POMS卷式膜乙酸乙酯渗透速率可达7.86 × 10-7 mol/(s·m2·Pa);乙酸乙酯为1 500～4 500 mg/m3时,其去除率可达80%.测得几种VOC组分在POMS复合膜中的溶解吸附量都比较可观,由此预测该膜处理废气中VOC可取得很好的净化效果.甲苯在POMS复合膜中的溶解吸附量低于乙酸乙酯,其实验测得渗透速率也小于乙酸乙酯.甲苯去除率也能达到80%.     

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。     

3种正渗透膜对水中卡马西平的截留

采用3种商业正渗透膜对污水中的卡马西平进行截留,研究了膜活性层朝向、汲取液浓度、流速和汲取液溶质对卡马西平截留效果的影响。结果表明,活性层朝原料液的正渗透(FO)模式对卡马西平的截留效果要优于活性层朝向汲取液的模式。3种膜对卡马西平的截留率随着汲取液浓度的升高有所提高,但高浓度的汲取液时增幅并不显著且会引起严重的盐返混。NaCl是截留卡马西平最适合的汲取液溶质,对卡马西平的截留率随着水通量增加而增加,但是过高的盐返混可能导致卡马西平截留率的下降。醋酸纤维素聚酯网膜是所选3种膜中对卡马西平的截留率较高的膜。这些实验结果可为FO应用于卡马西平废水的处理提供参数。     

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。     

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。     

新型正渗透汲取液的试制及其处理浓盐水的应用

选取柠檬酸盐改良磁性纳米颗粒汲取液作为正渗透汲取液,研究其在浓盐水处理中的应用效果,采用热合成方法控制温度为30、60和90℃时制成了柠檬酸盐改良磁性纳米颗粒(MNP0、MNP1和MNP2)。对3种磁性纳米颗粒进行表征的结果显示,随反应温度的升高,分散性提高,同时温度升高,更有利于柠檬酸盐包覆到磁性纳米颗粒的表面。不同温度条件下合成的3种柠檬酸盐磁性纳米颗粒处理浓盐水测定水通量和反向盐通量研究表明,MNP2的水通量较MNP0和MNP1高,为23 L·(m~2·h)-1,且水通量下降较稳定,反向盐通量较小。不同粒径的MNP2处理浓盐水研究结果表明,水通量随粒径的减小呈现增加趋势,粒径为3.5 nm时的渗透压和水通量最高且减压渗透(pressure relief osmosis,PRO)模式下水通量较正渗透(forward osmosis,FO)模式高。     

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...     

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。     

混合无机盐汲取液在城市污水正渗透浓缩技术中的应用

为实现浓缩城市污水以提高其资源化价值,构建了正渗透膜污水浓缩系统,研究了其对南方低浓度城市污水的有机污染物浓缩效果和膜污染特性。结果表明:使用含有1.6 mol·L~(-1) MgCl_2和2.4 mol·L~(-1) NaCl混合汲取液浓缩城市污水时,正渗透膜的水通量可达到27 L·(m~2·h)~(-1);南方城市污水浓缩6倍以上可满足后续资源化处理要求,浓缩后的TOC、COD、总磷、氨氮的平均回收率分别达到96.3%,95.72%,99%和90.4%;浓缩过程中膜污染较轻,采用化学清洗,水通量恢复率较物理清洗更高。以上结果为正渗透浓缩城市污水中混合无机盐汲取液的研究提供参考。     

混凝对正渗透过程中抗生素去除特性及膜污染的影响

为探明混凝预处理对正渗透去除抗生素的影响以及混凝对后续膜处理的影响,选用PAC、FeCl_3、Al_2(SO_4)_3对正渗透原料液进行混凝预处理,考察了混凝预处理对正渗透水通量、NaCl返混通量、抗生素截留率及膜污染的影响。结果表明:混凝预处理对正渗透过程中膜污染程度的影响由原料液中HA残留量以及Zeta电位共同决定;经混凝预处理后,原料液中腐殖酸残留量越多,正渗透过程中所形成的滤饼层越厚,原料液Zeta电位绝对值越低,形成的滤饼层越密实。滤饼层的形态影响正渗透的浓差极化作用,进而影响正渗透的运行特性及抗生素的截留效果,同时决定了膜清洗的难易程度。     

膜蒸馏处理糖精钠生产废水

采用直接接触式膜蒸馏(DCMD)工艺处理糖精钠生产废水。分析了经过活性炭吸附预处理前后,膜蒸馏连续循环运行的效果。实验结果表明,未经预处理的废水在膜蒸馏过程中,废水中所含有机物不仅导致膜材料的润湿,引起产水电导率升高及膜孔润湿,促进盐晶体在膜表面附着,使产水通量下降。经吸附预处理后,膜蒸馏过程中产水通量介于10.40～11.24 kg/(m2.h)。吸附预处理能有效减缓产水通量的衰减,提高产水水质。废水经过活性炭预处理后进行膜蒸馏浓缩处理,当浓缩倍数达到5倍时,通量保持在10.55 kg/(m2.h)左右;产水水质稳定,截留率在99.5%以上。研究结果表明,吸附-膜蒸馏工艺可以应用于糖精钠生产废水的回用处理,有明显的应用前景。     

耦合微滤膜的正渗透膜生物反应器的构建及其运行性能

针对目前正渗透膜生物反应器(OMBR)存在的盐度积累问题,借助微滤(MF)膜允许溶解性盐透过的特性,开发了基于MF和正渗透(FO)技术的新型膜生物反应器(MFO-MBR)。实验以MFO-MBR为依托,选取性能优良的聚酰胺(TFC)材质的FO膜,考察工艺处理模拟生活污水过程中的运行性能。结果表明,由于MF的引入,MFO-MBR的盐度被控制在1.7 m S·cm~(-1)左右。正是由于MFO-MBR中的低盐度环境,FO膜的通量得到了提升,最终稳定在6.5 LMH左右。虽然MF的出水劣于FO膜的出水,但是可以直接用作城市杂用水,而FO膜出水中TOC和NH_4~+-N的去除率分别高达96%和98%。TFC污染膜面含有总细胞、蛋白质、ɑ-D-吡喃多糖及β-D-吡喃多糖等有机和生物污染物,且以微生物和蛋白质为主。盐度积累导致的渗透压差的减小是常规OMBR通量衰减的主要原因,而膜污染尤其外部污染则是MFO-MBR通量衰减的主因。     

压力延迟渗透过程水通量的模型与验证

近年来,盐差能作为一种来源广泛、储量可观的绿色可再生能源受到广泛关注。其中,压力延迟渗透(pressure retarded osmosis,PRO)是一种基于渗透过程的极具前景的盐差能利用技术。压力延迟渗透过程中的水通量与最终的能量产出密切相关,因此建立水通量模型对该过程的机理研究、系统设计都具有重要意义。初步建立了在考虑浓差极化和反向盐渗透影响时,压力延迟渗透过程的水通量模型,并使用不同浓度Na Cl汲取液(0.5、1和2 mol·L~(-1))进行了实验实证。模型在低渗透压汲取液条件下拟合良好。此外,为了进一步提高拟合精度,从模型推导和实验测定2个方面分别讨论了可能的提高途径。     

耦合膜分离和电吸附的复合功能膜处理Cu(Ⅱ)废水

提出了一种膜分离和电吸附耦合的导电复合膜工艺对含Cu(Ⅱ)废水进行处理,采用自制复合膜研究了外加电压、膜通量和进水Cu(Ⅱ)浓度等条件对复合膜吸附去除Cu(Ⅱ)的影响。结果表明,在外加电压0~1.6 V、膜通量8~40 L·(m~2·h)~(-1)的条件下,电压越大,膜通量越小,总溶解性固体(TDS)去除率越大;膜通量越大,TDS吸附量越大。在Cu(Ⅱ)浓度5~40 mg·L~(-1)的条件下,Cu(Ⅱ)浓度越大,TDS去除率越小,而吸附量越大。不同工况条件下,跨膜压差均维持在较低水平。本研究为重金属废水的处理提供了新思路。     

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%。