PVC/PES-g-PEGMA共混膜的制备及其耐污染性能

首先将聚乙二醇单甲基甲醚酯(PEGMA)接枝到聚醚砜(PES)上得到PES-g-PEGMA,然后利用溶液共混的方法,将聚氯乙烯(PVC)与PES-g-PEGMA共混,通过溶剂-非溶剂扩散诱导相分离法(NIPS)制备PVC/PES-g-PEGMA共混膜。在此基础上对PVC/PES-g-PEGMA共混膜的断面和表面微观结构、水通量、截留率、机械性能及耐污染等性能进行测试,并采用接触角,含水率(EWC),X射线光电子能谱仪(XPS)来表征PES-g-PEGMA的质量百分含量对PVC/PES-g-PEGMA共混膜亲水性的影响。结果表明,PVC/PES-g-PEGMA共混膜水通量,亲水性较纯PVC有很大程度的提高。耐污染性实验表明,随着PES-g-PEGMA的增加,耐污染性逐渐增强。实验结果同时也表明,该共混体系最佳共混比为7∶3。     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

海水微絮凝预处理对超滤膜通量的影响

以聚合氯化铁为絮凝剂,研究了海水微絮凝预处理过程的絮凝特征以及对超滤膜通量的影响。考察了微絮凝对海水中有机物的去除作用,并采用体系稳定动力学参数、絮凝指数评价不同絮凝剂投加量在海水中的絮凝效果,探讨了微絮凝对超滤膜污染的改善作用。实验结果表明,微絮凝预处理能强化超滤膜对海水UV_(254)的去除效果,与超滤相比提高了27.5%,可有效去除海水中的蛋白类有机物。超滤膜直接过滤海水可造成膜通量严重下降,采用微絮凝作为预处理能有效减缓超滤膜污染,且减缓效果与絮凝剂的投加量密切相关,当PFC的投加量为40 mg·L~(-1)时,膜比通量J/J_0值大于0.9。     

天然有机物对PVDF超滤膜的污染行为及AFM表征

为了进一步研究各类型污染物对自制PVDF超滤膜的污染机制,分别采用DAX-8,XAD-4型吸附树脂将西安市灞河水分为亲水性、强疏水性及弱疏水性组分,考察了天然有机物(NOM)对膜通量衰减的影响、污染层的表面粗糙度和结构、各类型污染物与膜之间黏附力。实验结果表明:(1)3种组分对PVDF膜的污染程度为亲水性组分强疏水性组分弱疏水性组分;(2)污染后膜表面粗糙度大于新膜表面粗糙度,膜表面污染层粗糙度越大,膜通量越容易恢复;(3)过滤初期,膜与污染物之间的力占主导作用,且亲水性污染物-PVDF膜之间的力强疏水性污染物-膜弱疏水性污染物-膜;(4)过滤后期,污染物与污染物之间的力占主导作用,且亲水性污染物之间力强疏水性污染物弱疏水性污染物。     

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。     

SPEEK涂层纳滤膜处理草甘膦废水

以聚醚砜(PES)超滤膜为基膜,采用涂层法制备磺化聚醚醚酮(SPEEK)中空纤维复合纳滤膜,研究其对草甘膦的浓缩和去除。考察了该膜在浓缩草甘膦模拟废水中的操作条件,如跨膜压力、进料浓度、进料pH和离子强度等对通量和截留率的影响。结果表明,随跨膜压力的增加,草甘膦的截留率和水通量均增加,当跨膜压力由0.3 MPa增加到0.8 MPa时,水通量由34.0 L/(m2.h)增加至98.0 L/(m2·h),截留率高于98%;增加进料浓度和离子强度,截留率和通量均减小,当进料浓度由100 mg/L增至1 000 mg/L,水通量降低12.4%,截留率降低8.4%;而pH由3.0升至11.0时,截留率增加,但通量几乎不变。当把该膜材料用于浓缩含高浓度NaCl的草甘膦母液时,发现在0.5 MPa压力和pH=11.0下,复合纳滤膜对NaCl的截留率低于20%,对草甘膦的截留率可达90%。这说明该复合纳滤膜可以把草甘膦与NaCl有效分离开来,为草甘膦的回收利用提供了基础。     

中水回用中平板膜的污染机理分析

采用间歇式生物反应器,对模拟小区生活污水的人工配水进行了生物处理;然后,在操作压力为0.1 MPa,搅拌速度为300 r/min条件下,选用膜生物反应器中常用的聚醚砜(PES,切割分子量分别为2万、1万和5千)、聚丙烯腈(PAN,切割分子量为20万)、聚偏氟乙烯(PVDF,切割分子量为20万)超滤平板膜和聚醚砜(PES,孔径为0.1μm)、聚丙烯腈(PAN,孔径为0.1μm)、聚偏氟乙烯(PVDF,孔径为0.1μm)微滤平板膜在实验室用死端超滤器上分别对活性污泥悬浮液进行了过滤并探讨了和间歇式生物反应器组合在一起用于中水回用的效果,结果表明:每种组合处理后的出水水质为COD＜50 mg/L,NH3-N＜10 mg/L,SS为0 mg/L,浊度为0 NTU,都达到了中水回用的水质标准(CJ25.1-89),其中生物反应器分别与PES超滤膜(5千、1万、2万)和PAN(20万、0.1μm)膜组合时,对COD的去除率较高,但所有组合对NH3-N、TOC去除率及膜的渗透通量都相差不大.此外,根据恒压堵塞过滤定律对膜的污染机理进行的研究证实:对于微滤膜和PAN(20万)超滤膜而言,由滤饼过滤过渡到完全(标准)堵塞,再到滤饼过滤;但对于PVDF(20万)和PES(2万)超滤膜,则由标准堵塞过渡到完全堵塞,再到滤饼过滤;PES(5千、1万)超滤膜的污染机理相对简单,整个过程以滤饼过滤为主.     

用于污水处理的PVC/TPU共混中空纤维膜研制

将聚氯乙烯与热塑性聚氨酯共混,以二甲基乙酰胺为溶剂,用干-湿纺法制备中空纤维膜.主要研究了PVC与TPU的相容性,并考察了共混比、添加剂及芯液组成对共混膜的结构和性能的影响.通过测定孔隙率及扫描电镜来测试PVC/TPU的孔结构及其多孔性,通过测定水通量和牛血清蛋白的截留率来评价共混膜的性能.实验表明,适当控制膜液的组成,可以得到水通量较大、截留率高、抗冲击性能优良的膜.改变芯液组成,可获得断面及皮层结构有很大差异的中空纤维膜.     

PAC/AC吸附对超滤膜去除再生水中有机物影响

研究了粉状活性炭(PAC)和活性焦(AC)吸附对超滤膜(UF)去除再生水中有机物的效能及其对膜污染的影响。结果表明,PAC和AC吸附预处理可有效改善超滤膜出水水质,投量为40 mg/L时,PAC和AC单独吸附对DOC去除率分别为40.2%和32.6%,超滤出水DOC去除率则由直接膜滤时的21.4%提高至47.2%。UF对大于10 k Da的大分子有机物有较好的截留能力,PAC较AC对中小分子有机物的吸附效果更好。三维荧光(3D-EEM)分析显示,原水中溶解性微生物代谢产物和腐殖质类有机物所占比重较大;直接UF对溶解性微生物代谢产物的去除能力较好,投加PAC和AC促进了紫外腐殖酸和类腐殖酸类有机物去除,紫外腐殖酸EEM峰值分别下降51.7%和48.8%,类腐殖酸EEM峰值下降63.0%和59.9%。投加PAC和AC并经0.45μm膜预过滤可提高超滤膜通量,其在过滤周期内的下降率由直接膜滤时的27.6%分别降至23.5%和24.4%。AC较PAC更为经济,AC-UF可替代PAC-UF作为经济可行的再生水深度净化工艺。     

铋改性沸石粉强化超滤膜性能的研究

为进一步提高超滤工艺对废水深度处理效果、减缓超滤膜污染,研究提出铋改性沸石粉强化超滤(Bi-Z-UF),并对铋改性沸石粉投加量、粒径和反冲洗频率进行优化以获得高效的强化效果。结果表明:(1)相比直接超滤和天然沸石粉强化超滤,Bi-Z-UF更能有效减缓膜通量下降速率,经过3个过滤周期,膜反冲洗后几乎能恢复到初始膜通量。(2)Bi-Z-UF对污水处理厂二级出水中COD、254nm处吸光度(UV_(254))和TN的去除率最高分别可达26%、23%和16%。(3)铋改性增加了沸石的吸附活性中心,在超滤膜表面形成了疏松有孔的"保护层",能减少污染物与超滤膜直接接触,有利于减缓膜通量下降速率,并促进对污染物的吸附、截留与去除,强化了超滤膜性能。     

浸没式超滤膜处理再生水过程中的膜污染与化学清洗

以超滤膜处理再生水过程为对象,对膜污染的主要有机物、污染膜的清洗效果以及清洗前后表观形态的变化进行了分析,了解膜污染物的主要有机物。结果表明,污染物会在PVDF超滤膜表面不断累积,形成滤饼层。同时污染物能够进入膜孔内部,在外截面层造成严重的堵塞,导致通量下降,污染严重。随着运行时间的增加,膜表面污染程度越来越严重,化学清洗对污染物的去除效果有限。利用体积排阻色谱、三维荧光光谱和红外光谱等手段对洗脱液进行分析发现,蛋白类有机物是造成超滤膜污染的主要有机物。     

MF-UF组合工艺处理再生纸废水的实验研究

针对再生纸废水体系,采用0.2 μm陶瓷微滤膜 （MF）与截留分子量为50 000 Dalton的疏水性PS有机超滤膜 （UF）组合工艺对再生纸废水进行处理。实验结果表明,此组合工艺对再生纸废水COD的去除率可达到846%,处理的废水达到造纸工业水污染物排放标准;根据再生纸废水的性质对膜清洗再生进行了考察,陶瓷膜及超滤膜通量约分别恢复85%与80%左右。