MWCNTs预涂覆及预吸附处理缓解低压膜腐殖酸污染的机制研究

以腐殖酸(Humic Acid,HA)为研究对象,采用多壁碳纳米管(Multiwalled Carbon Nanotubes,MWCNTs)对聚偏氟乙烯(Polyvinylidene Fluoride,PVDF)平板超滤膜进行预涂覆改性处理,并与等量MWCNTs分散状态时吸附处理HA对膜污染的缓解效果进行了对比,考察了MWCNTs在处理HA过程中缓解膜污染的机制.同时,分析了MWCNTs投量和溶液离子变化对MWCNTs吸附及截留作用缓解膜污染的影响.结果表明,MWCNTs预涂覆与吸附相比,能够更有效地缓解膜污染,其中,分散剂为乙醇的MWCNTs预涂覆层对膜污染的缓解效果最好.增加MWCNTs投量不能无限地提高其对HA的吸附及截留效果;添加Na~+会造成MWCNTs对HA的吸附及截留效果变差;添加Ca~(2+)能够提高MWCNTs对HA的吸附及截留效果.膜表面污染照片及膜电镜观测结果表明,乙醇分散MWCNTs在超滤膜(UF)表面形成的预涂覆层呈均匀的层状结构,HA被拦截在MWCNTs层的多孔结构内,不易进入PVDF膜膜孔,反洗时易脱附,可逆性高;纯水分散MWCNTs在超滤膜表面形成的预涂覆层易于团聚,HA容易透过MWCNTs涂覆层进而堵塞PVDF膜膜孔,可逆性低;MWCNTs预吸附处理后形成MWCNTs和HA的包裹体,不经微滤膜滤除,会在PVDF膜表面产生复合污染.     

臭氧-CNT膜改性联用工艺对PVDF中空纤维膜污染进程的缓解

采用碳纳米管(carbon nanotube,CNT)对聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)中空纤维超滤膜进行改性,结合臭氧预氧化技术,考察了臭氧-CNT膜改性联用工艺对PVDF中空纤维膜污染进程的缓解作用,研究了CNT负载量和臭氧投量对中空纤维膜组件通量变化和抗污染性能的影响.结果表明,CNT负载量为3 g·m-2、臭氧投量(以O3/DOC计)为0.22mg·mg-1时,临界通量下[144 L·(m2·h)-1],膜组件单位面积过水量达到850 L·m-2,相比原始超滤膜过水量提高了4.5倍;低通量[18 L·(m2·h)-1]下运行15d,膜组件单位面积过水量达到3000 L·m-2,相比原膜单位过水量提高近10倍.使用共聚焦激光扫描电镜观测污染膜表面,结果表明,运行压力增长最快的原膜表面污染层内活菌数量最多;臭氧氧化与CNT膜均能够减少膜表面污染层内的微生物总量和活菌数量,从而缓解了运行压力的增长.臭氧氧化后CNT层的存在,进一步减少了膜表面污染层内的活菌数量,同时截留了部分死菌,但截留的死菌与运行压力增长无明显相关性.     

无机添加剂对PVDF/PMMA/TPU中空纤维共混膜结构与性能的影响

采用相转化法制备纳米氧化物PVDF/PMMA/TPU共混中空纤维膜。测定共混膜的纯水接触角和黏度、并经扫描电子显微镜、共混膜的超滤实验和拉伸实验分别对不同添加剂膜的亲水性能、微观结构、超滤性能和机械性能进行了分析。结果表明,纳米氧化物的加入使膜的性能有明显的改善,其中无氧化物、添加SiO2、TiO2、Al2O3的PVDF/PMMA/TPU复合膜对牛血清白蛋白的截留率分别为28.7%、65.8%7、1.4%和79.6%,同时添加无机氧化物的膜水通量也较未添加无机氧化物的膜有所提高;而且无机氧化物的加入还能改善膜的亲水性能和机械性能。     

聚离子液体刷接枝改性PVDF膜及其对药物硫酸氢氯吡咯雷分离性能研究

以聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜为底膜,通过浸渍法使多巴胺(DOPA)在膜表面形成聚多巴胺(PDOPA)层,然后由化学反应固定溴代卤化物,并通过原子转移自由基聚合(ATRP)反应在膜表面接枝聚离子液体刷(PBIVm-Br),以制备聚离子液体刷改性PVDF膜,即PVDF-g-PBIVm-Br膜.结果表明,改性PVDF膜的接触角下降至60°以下且显示出良好的荷正电性.改性膜的药物通量和截留率均大于未改性PVDF膜,分离10 mg·L~(-1)的硫酸氢氯吡咯雷时,改性膜(M4)的药物通量可达27.62 L·m~(-2)·h~(-1),截留率为89.03%,通量恢复率为95.32%.经过60 h分离实验后,膜M4对硫酸氢氯吡咯雷溶液的分离通量维持在18.05 L·m~(-2)·h~(-1),截留率从89.03%上升到92.19%.以上结果表明,聚离子液体刷改性膜在荷正电有机污染物的分离方面具有一定的应用前景.     

TiO2对聚偏氟乙烯膜的改性研究

采用溶胶-凝胶法制备TiO2胶体,用涂覆的方法拯TiO2胶体附在聚偏氟乙烯（PVDF）膜表面,测试磺化时间,浸泡时间对膜通量的影响,通过改变膜表面的性质,以及对截留率和接触角的测定,找出改性膜的最佳工艺条件。结果表明：从接触角来讲,磺化时间为2小时,浸凝的时间为10分钟时,改性膜的通量最好;改性膜的截留率普遍都高于未改性膜的截留率;改性后膜生物反应器的出水水质更好。为增加膜通量,延长膜寿命,降低膜反应器的成本,降低处理污水的造价提供了一种新的参考方向。     

PVDF阳离子交换膜制备进展研究

总结介绍了目前国内外以聚偏氟乙烯(PVDF)材料制备阳离子交换膜的研究动态和最新进展,PVDF阳离子交换膜制备的主要方法为接枝法和共混法,接枝法是在PVDF表面生成自由基增长点,共混制膜法是将PVDF与其它无机纳米颗粒或聚合物共混制得离子交换膜.具体介绍了这两种方法的原理和制备实例.多项研究表明对PVDF材料进行等离子体照射、化学处理、臭氧活化接枝以及与无机纳米颗粒、其它聚合物共混处理等方法可制得性能优异的阳离子交换膜,应用前景广阔.     

纳米氧化物粒子对PVDF中空纤维膜结构与性能的影响

采用相转化法制备纳米氧化物/聚偏氟乙烯复合中空纤维膜,讨论了纳米氧化钛和氧化铝粒子对PVDF膜结构和性能的影响.应用牛血清白蛋白截留实验、扫描电子显微镜、傅立叶红外光谱分别对不同膜的分离性能、微观结构和晶相组成进行了分析.结果表明,复合膜的性能与纯PVDF膜相比有显著地改善,其中纯PVDF膜、Al₂O₃/PVDF和TiO₂/PVDF复合膜对牛血清白蛋白的截留率分别为3.27%、67.20%和86.67%,复合膜的水通量则较纯PVDF膜分别提高2.3倍和2.6倍.氮气吸附实验测定的孔径分布进一步表明复合膜的孔径分布变窄,孔径变小.     

SiO_2对PVDF/PMMA/TPU五孔膜结构与性能的影响

在PVDF/PMMA/TPU铸膜液中添加SiO2,采用相转化法制备有机/无机共混五孔膜,并经接触角实验、扫描电子显微镜、超滤实验和拉伸实验分别对不同SiO2添加量下膜的亲水性能、微观结构、超滤性能和机械性能进行了分析。结果表明,当SiO2添加量为0.5%时,膜的亲水性较好,结构形态也有所改善,此时纯水通量为164.8 L/(h.m2),同时截留率可达76.8%,膜的拉伸性能也有所提高;但是SiO2含量过高的情况下,膜的各项性能指标会因SiO2颗粒的团聚现象而下降。     

有机膜的无机改性及其性能研究

以无机纳米氧化铝粒子作为无机添加剂与聚偏氟乙烯（PVDF）共混,采用相转换法合成了有机-无机共混超滤膜.通过测定膜与纯水的接触角,表征膜的亲水性;用激光共聚焦显微镜(CLSM)、扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）观察了膜的表面结构、表面孔分布和断面孔的结构及纳米颗粒在膜中的分散情况;利用杯式超滤装置对改性膜的透过性能、截留性能以及抗污染性能进行了测试;用强度测定仪测定了膜强度.结果表明,纳米Al₂O₃ 的加入改善了PVDF膜的表面亲水性、通量、强度和抗污染性.     

五孔支撑纤维膜在MBR运行中的特性研究

实验室自行研发的PVDF/PMMA/TPU共混体系的五孔支撑膜具有高强度耐冲击的特点,在一定程度上改善了传统中空纤维膜的断丝情况。将选择典型的、具有代表性的MBR工艺流程,采用自主研发的五孔膜制成帘式组件,用于处理经水解酸化后的印染废水。实验讨论了水力停留时间,曝气强度和污泥浓度对于出水水质的影响,最后确定最优的操作条件为:MBR的水力停留时间为20 h,曝气强度为2.45 m/m.h,污泥浓度为4 500 mg/L。     

纳滤膜截留特性与膜基本特征之间关系的研究

选择DF10、DF30、DF90 3种纳滤膜对无机盐(NaCl和CaCl_2)、微量有机物(药物及个人护理品)、富里酸溶液进行纳滤实验,考察具有不同物理化学特性的膜对不同种类溶质的截留能力差异.结果表明,膜孔大小和带电量共同决定了纳滤膜对无机物的截留率,而微量有机物和天然有机物的截留率主要由膜孔径决定.膜活性层厚度很大程度上影响了膜的透水系数;膜的透水系数与NaCl截留率呈现负相关;膜的截留分子量越小,其对有机物的截留率越高;脱盐(NaCl)能力不一定正相关于有机物截留率,也不正相关于CaCl_2截留率.研究发现,DF30具有低无机物截留、高有机物截留的特性,这与其截留分子量适中、膜表面电荷密度低、活性层厚度小等物化性质密切相关.     

聚醚砜和聚偏氟乙烯超滤膜对臭氧的耐受性

通过静态浸泡实验考察了臭氧对聚醚砜(PES)和聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜透水能力、截留性能、力学性能等的影响,分析了与臭氧接触前后膜化学组成和性质的变化,结果表明,室温(20土 1)℃下与饱和臭氧水接触2h后,PES膜的透水率增大至原始膜的3倍以上,对腐殖酸(HA)的截留率降至0左右,结合膜表面组成和性质分析,臭氧在...     

膜生物反应器PVDF膜和尼龙膜污染特性

分别采用PVDF膜（第1~219d）和尼龙（Nylon）膜（第220~360d）长期运行膜生物反应器（MBR）,分析MBR系统的脱氮性能和膜污染特性.结果表明,反应器最终在进水NH₄⁺-N和NO₂^--N浓度分别为400~740mg/L和460~790mg/L的条件下稳定运行112d,总氮去除率（TNRE）维持在86%左右,总氮去除负荷（NRR）为0.61~1.08kg N/（m³·d）.经过263d的运行,反应器中混合液悬浮固体浓度（MLSS）从4918mg/L增至7230mg/L,混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）从2585mg/L增加至4455mg/L,比厌氧氨氧化活性（SAA）最高达0.46g N/（d·gVSS）.无论是PVDF膜还是尼龙膜,Anammox-MBR系统在一个膜污染周期结束时,都是泥饼层阻力占主导,但二者的膜污染机制不同.与相同水力停留时间（HRT）下运行的PVDF膜相比,尼龙膜的膜污染发展速度显著减小.结合脱氮性能和膜污染情况,本实验条件下,MBR系统优先采用尼龙膜在HRT=1.5d运行.     

PVDF超滤膜进行聚乙二醇甲基丙烯酸甲酯 (PEGMA)紫外光照射接枝的膜面表征与抗污染分析

本文采用紫外光照射接枝的方法将聚乙二醇甲基丙烯酸甲酯(PEGMA)亲水单体接枝在疏水性聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜表面,改善PVDF膜的亲水性能.实验中以N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)为交联剂作为对比,发现添加MBAA可以减少PEG接枝层的溶胀性.本实验研究不同改性条件对膜性能的影响,利用表面接触角(CA)、红外光谱分析(ATR-IR)、扫描电镜(SEM)等手段表征膜表面特征,同时研究了改性膜对乳化油和牛血清蛋白溶液分离效率和抗污染能力.实验结果表明,经改性后膜亲水性明显提高,对污染物的截留效果和抗污染能力均有所提高.     

单一纳米颗粒及其协同改性聚偏氟乙烯膜的性能

为了提升PVDF膜的分离性能和抗污染能力,制备了纳米Al_2O_3和SiO_2颗粒各自、协同改性PVDF膜,考察PVDF膜渗透性能的变化。结果表明,Al_2O_3显著降低PVDF膜通量衰减系数和膜抗污染能力,且添加量为0.4%时改性效果最佳。SiO_2显著提高PVDF膜的亲水性和水通量,抗污染能力明显增强,且添加量为0.6%～0.8%时改性效果最好。纳米Al_2O_3和SiO_2质量比为1∶2时,协同改性PVDF膜展现出更优良的性能。PVDF/Al_2O_3/SiO_2膜的水通量、截留率和衰减系数均随着纳米Al_2O_3和SiO_2的添加总量先增加后减少,在0.8%处达到峰值,改性效果较单一纳米材料更佳。     

在超滤草浆黑液过程中膜阻力的分布

采用截留分子量30000,20000,10000和6000的超滤膜,对草浆黑液进行了超滤过程中膜阻力分布的研究.通过测定不同条件下膜样品的通量,对聚乙二醇标准物的截留率,指出在超滤黑液过程中各部分阻力的比例和超滤膜的分离特性的变化.各种膜样品的热重分析结果表明,膜污染是由微量有机物引起的污染.     

膜基材对连续流动态膜厌氧混合发酵系统的影响

采用动态膜生物反应器(DMBR)成功启动并稳定运行了玉米秸秆与餐厨垃圾中温厌氧混合发酵系统,重点探究了膜基材性质(膜面积、膜孔径和膜材质)对连续流动态膜混合发酵系统运行性能和动态膜性能的影响.结果表明,膜面积、膜孔径和膜材质对动态膜的形成、膜通量的改变和有机质的截留能力均有影响显著.其中,适当增大膜面积以降低膜通量能够显著降低膜反洗频率;与200目尼龙网膜基材相比,相同膜面积的300目不锈钢膜基材的有机质截留率更高(95%),稳定状态出料浊度低于50 NTU,相应的DMBR系统甲烷产率由(111.1±7.9) mL·g~(-1) COD增至(217.1±18.6) mL·g~(-1) COD.比对分析可知,300目不锈钢膜基材能够较好地实现混合发酵系统水力停留时间(HRT)和固体停留时间(SRT)的稳定分离,有利于最大限度地提升混合发酵系统的甲烷产率.此外,在选定动态膜组件较优膜面积、膜孔径(300目)和膜材质(不锈钢网)的基础上,设定有机负荷、HRT和SRT分别为(3.91±0.55) g·L~(-1)·d~(-1)、30 d和46 d,连续流动态膜混合发酵系统能够实现长时间高效稳定运行,反应器内辅酶F_(420)浓度(1.65μmol·g~(-1) VS)较高,且纤维素类生物质降解显著.     

膜-生物反应器处理高盐废水膜面污染物特性研究

研究MBR在低有机负荷条件下处理高盐废水的膜面污染物特征.结果表明,稳定运行121 d后,MBR对有机物和NH+4-N去除率稳定,出水效果良好;污泥性质发生较大变化,挥发性固体含量(VSS)/固体含量(SS)的下降,污泥体积指数(SVI)下降,表明污泥中无机成分含量增加,絮体更为紧密,沉降性能变好;污泥溶解性微生物产物(SMP)和胞外聚合物(EPS)成分发生较大变化,蛋白质所占比例降低,腐殖酸所占比例增加;扫描电子显微镜-X射线能谱仪(SEM-EDX)结果表明膜面存在无机污染物,其主要组成元素为Na、Al、Mg、Ca、K、Fe、Ti、Cr、W、Si和Cl;凝胶过滤色谱(GFC)分析表明,SMP中的大分子有机物被膜截留并累积是形成膜污染的原因之一;傅立叶红外(FTIR)光谱和三维荧光光谱(EEM)分析表明,膜面有机污染物的主要成分为糖类、蛋白质和腐殖酸;膜污染物组分质量分析说明在处理高盐废水时无机膜污染不可忽略.     

膜蒸馏去除水中Cr(Ⅵ)研究

构建PVDF中空纤维疏水膜为膜组件的膜蒸馏装置对100 mg/L的实验室Cr(VI)废水进行处理。研究了不同温差条件下膜通量变化情况、膜通量及产水电导率随时间变化情况、进出水Cr(VI)浓度变化情况及长周期运行条件下的膜通量变化情况。实验结果表明:随着温差的增大,膜通量保持增长趋势,当冷热侧温差达35℃以上时,膜通量增长速率放缓,兼顾经济与效率计,冷热侧温差以35℃为宜;在实验周期内,膜通量在8.21~8.36 kg/(m2·h)变化,电导率维持在3.8~3.9μS/cm;产水的六价铬浓度12 h之内稳定在0.026~0.03 mg/L,随着膜蒸馏实验的进行,产水浓度开始增大,但均在0.5 mg/L排放标准以下;168 h的长周期实验过程膜通量维持在8.1~8.35 kg/(m2·h),产水电导率维持在3.7~4.3μS/cm,说明以PVDF中空纤维疏水膜为核心的膜蒸馏技术对Cr(VI)具有稳定的去除效果。     

城市污水二级出水超滤膜污染与膜特性的研究

以城市污水二级出水为过滤介质,考察了PVA、PVP、PMMA等与PVDF的二元及三元共混超滤膜的过滤污染行为.结果表明,共混优化了PVDF超滤膜的结构参数,添加剂PVP、PVA可有效改善膜的亲水化程度,提高膜渗透通量.超滤膜的亲水性和结构特性对膜抗污染性能影响较大;堵孔阻力是二级出水过滤膜污染不可逆的主要原因.亲水性较强的超滤膜,二级出水过滤初期易因浓差极化而导致滤饼层污染,造成一定的通量衰减,但易清洗恢复,不可逆污染指数(rir)为0,抗污染性能好.致密的超滤膜表面有利于防止二级出水中的中低分子量污染物进入膜内部,而断面通透大孔和疏松海绵层结构的超滤膜,能减少二级出水中的污染物在膜中沉积形成堵孔阻力.膜表面多孔,内部大孔发育不充分,易形成堵孔污染,通量衰减大且不易清洗恢复,膜污染不可逆.