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。     

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。     

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...     

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。     

Fe_3O_4@改性悬铃木果毛复合中空纤维的制备及其吸附性能

选用对空气和人居环境具有污染的悬铃木果毛为基质,通过将四氧化三铁磁性纳米粒子在多巴胺改性悬铃木果毛表面的固载,制备得到具有中空结构的Fe_3O_4@改性悬铃木果毛复合吸附材料。用X射线衍射仪(XRD)、能谱(EDS)、电子扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)和震动样品磁强计(VSM)等手段对样品进行了表征和分析,考察了Fe_3O_4@改性悬铃木果毛复合中空纤维对亚甲基蓝的吸附性能。结果表明:通过多巴胺对悬铃木果毛的化学改性,有效促进了反尖晶石型结构的四氧化三铁纳米粒子在其表面的固载,Fe_3O_4@改性悬铃木果毛复合中空纤维直径约为25.8μm,其饱和磁化强度为12.51 emu/g,Fe_3O_4@改性悬铃木果毛对亚甲基蓝的吸附在140 min达到平衡,吸附容量可达12.6 mg/g,吸附动力学符合准二级动力学。     

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。     

好氧膜-生物反应器中微滤膜选择的实验研究

用扫描电镜表面观察和全自动压汞仪测定了2种亲水化改性PVDF微滤膜的平均孔径、孔隙率等基本性能参数。对2种膜的纯水通量,及其平板膜组件在好氧膜生物反应器内污染过程进行分析。结果显示,2种膜污染过程均呈现先缓慢后快速的"二阶段"趋势,第二阶段是膜污染的主导阶段。尽管平均孔径小、孔隙率高的膜本身阻力大、纯水通量低,但其污染速率较低,物理及化学清洗恢复率较高。膜孔径及孔隙率指标是影响其在MBR中运行的污染速率的主要因素,平均孔径小、孔隙率高的膜抗污染能力强。     

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。     

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。     

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。     

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。     

ATP@Fe_3O_4复合材料催化过硫酸盐降解四环素

通过共沉淀法将四氧化三铁(Fe_3O_4)纳米粒子负载于凹凸棒土(ATP)制备出兼具吸附与催化性能的非均相类芬顿催化剂ATP@Fe_3O_4。采用SEM(扫描电子显微镜)、XRD(X射线衍射)、XPS(X射线光电子能谱)、VSM(振动磁强计)等对材料的结构进行了表征分析,并研究了其对催化过硫酸盐(PS)降解四环素(TC)的效果。结果表明,ATP@Fe_3O_4复合材料是活化过硫酸盐(PS)生成硫酸根自由基(SO_4~-)强有力的催化剂,可大幅提高PS对水溶液中四环素的降解能力。当PS浓度为10 mmol·L~(-1)、ATP@Fe_3O_4投加量为1.5 g·L~(-1),其对pH=3.9的80 mg·L~(-1)四环素溶液的降解率在90 min可达98.75%。负载于ATP表面的Fe_3O_4粒子和部分溶解于水中的Fe~(2+)共同催化PS生成SO_4~-,将TC氧化为CO_2、H_2O和中间体,是ATP@Fe_3O_4/PS体系去除四环素的主要机理。以上研究结果可为催化材料的应用提供参考。     

Fe_3O_4/石墨烯-H_2O_2预处理对污泥脱水性能的影响及其作用机理

采用共沉淀法制备四氧化三铁/石墨烯(Fe_3O_4/GE)材料,并对其进行表征,将其与H_2O_2组成非均相类Fenton体系用来预处理污泥,发现此类Fenton体系能显著降低污泥比阻(SRF),并深入分析其作用机理。研究了pH、反应时间、反应温度以及Fe_3O_4/GE-H_2O_2投加量对污泥胞外聚合物(EPS)破解的影响。结果表明,适宜反应条件为:pH 4.0,反应时间为90 min,反应温度为50℃,Fe_3O_4/GE投加量为1 g·L~(-1),H_2O_2与Fe_3O_4/GE投加量之比控制在8~12之间。在该条件下,污泥上清液中的SCOD、多聚糖和蛋白质浓度分别由56.47、11.48和8.21 mg·L~(-1)增加到498.31、406.72和286.29 mg·L~(-1)。Fe_3O_4/GE-H_2O_2非均相类Fenton体系在有效破解EPS的同时,对于污泥的脱水性能也有明显的改善作用,促进了污泥的后续处理。     

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。     

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。     

四氧化三铁活化过硫酸盐降解活性黑5

采用水热合成法制备出了具有较高催化活性的催化剂四氧化三铁(Fe_3O_4),并利用Fe_3O_4活化过硫酸盐降解活性黑5,考察了初始pH、Fe_3O_4投加量、活性黑5初始浓度和过硫酸盐投加量对活性黑5降解效果的影响。结果表明,Fe_3O_4活化过硫酸盐降解活性黑5的最佳条件为初始pH 6、活性黑5初始质量浓度50mg/L、过硫酸盐投加量6mmol/L、Fe_3O_4投加量2.0g/L。在最佳条件下,反应180min,活性黑5的降解率达到80.2%,Fe_3O_4反复使用5次后,活性黑5的降解率仍能达到77%以上。活性黑5的降解途径为:偶氮键打开产生苯环中间产物和萘环中间产物,萘环中间产物逐步转化为邻苯二甲酸酐→邻苯二甲酸→苯甲酸;苯环中间产物逐步转化为对氨基苯磺酸→硝基苯和对氨基苯酚,对氨基苯酚转化为对苯二酚;最终被彻底氧化降解成CO_2、H_2O等无毒小分子物质。活性黑5在降解过程中对植物的毒性先升高后降低。     

磁性纳米Fe_3O_4活化过硫酸盐降解水中磺胺甲恶唑

采用共沉淀法制备了具有较高催化活性的磁性纳米Fe_3O_4,并对其催化活化过硫酸盐(PS)降解磺胺甲恶唑(SMX)的性能进行了探究,考察了PS浓度、Fe_3O_4投加量、初始pH、共存阴离子(Cl~-、CO_3~(2-)、NO_3~-)以及腐殖酸(HA)对SMX降解效果的影响。SEM、EDS、FT-IR、XRD和BET表征结果表明,实验制备了较高纯度的Fe_3O_4纳米颗粒;重复性实验结果表明,Fe_3O_4具有良好的稳定性;催化降解SMX的实验结果表明,提高PS的浓度、增加Fe_3O_4的投加量均可提高SMX的降解率,且SMX的降解反应符合拟一级动力学。当PS浓度为0.5 mmol·L~(-1)、Fe_3O_4投加量为1.2 g·L~(-1)、初始pH=7.0时,Fe_3O_4活化PS降解SMX的效果最佳,在反应180 min后,SMX降解率达到93.3%。XPS光谱分析结果表明,反应过程中Fe~(2+)主要参与了活化PS降解SMX的过程。乙醇(EtOH)和叔丁醇(TBA)自由基淬灭实验结果证明,在Fe_3O_4/PS体系中同时存在SO_4~-·和·OH,SO_4~-·对SMX的降解发挥了主导作用。以上结果为含磺胺甲恶唑废水的处理提供了催化剂选择,也可为过硫酸盐高级氧化体系中阴离子和腐殖酸对反应的影响效果提供参考。     

内置转盘式PVDF膜生物反应器污水处理的试验研究

对内置转盘式PVDF膜生物反应器(SRMBR)处理污水工艺及膜清洗进行了研究.SRMBR处理污水可以长期稳定运行,在实验模拟污水COD为180～368 mg/L时,出水COD在运行1d后稳定在20 mg/L以内,COD去除率>93%.增大转盘式平板膜组件转速可以增大SRMBR的平衡水通量,转速从15 r/min增大到25 r/min,平衡水通量从42.5 L/(m2·h)增大到47.5L/(m2·h).在一定自吸泵停抽时间内(0～1 min),延长停抽时间有利于减缓膜污染、提高平衡水通量.对污染的膜进行水洗、水洗 碱洗、水洗 碱洗 酸洗,3种清洗方式分别使膜平衡水通量恢复至新膜平衡水通量的48.4%、83.5%、90.2%.