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。     

电絮凝─超滤协同去除水中的腐殖酸

采用电絮凝-超滤(electrocoagulation-ultrafiltration,EC-UF)技术协同去除水中腐殖酸(HA),主要考察了电流密度、初始pH、初始HA浓度、初始电导率等因素对HA去除率的影响,解析了在这些影响因素下HA的去除机理,并对滤饼层特征和膜污染机制进行了研究。结果表明,在电流密度j=10 A·m~(-2)、初始pH=7、初始电导率σ0=1 000μS·cm~(-1)、电解时间为15 min的条件下,初始HA浓度为10 mg·L~(-1)时,EC-UF工艺对水中的HA的去除率可以达到97.3%,膜污染为可逆污染,被污染的膜经过清洗后通量可恢复到初始的94%。     

膜蒸馏去除水中砷的研究

采用新型膜蒸馏技术对水中As（III）与As（Ⅴ）的去除展开了研究。实验结果表明,膜蒸馏对水中As (III)及As (Ⅴ)具有较高的去除能力：当产水中砷含量超过10 μg/L时,原水中As (III)与As (Ⅴ)的浓度可分别高达40 mg/L和2 000 mg/L。局部润湿现象的存在导致As (III)及As (Ⅴ)跨膜至产水侧,PVDF微孔膜在溶液中的负电性以及As (III)与 As (Ⅴ)在溶液中存在形式的不同导致膜蒸馏对两者去除能力的差异。360 h连续运行过程中产水通量及电导率稳定,且整个过程中As (III)均低于检测限,说明PVDF微孔膜具有良好的疏水性和稳定的除砷性能。     

TiO_2/EP光催化降解水体中微污染磺胺嘧啶的研究

制备了膨胀珍珠岩(EP)为载体的TiO2催化剂(TiO2/EP),对使用较为广泛的抗生素磺胺嘧啶(SDZ)进行了光催化降解研究,探讨了TiO2的负载量、溶液的初始浓度、初始pH、无机离子(HCO3-、SO42-和Cl-)和腐殖酸(HA)对SDZ降解效果的影响。结果表明:SDZ的光催化降解符合一级反应动力学方程;当TiO2最佳负载量为20 wt%,SDZ浓度为5 mg/L,pH=6.7,紫外光照射强度为1 000μW/cm2,反应时间为45 min时,SDZ的降解率达到96%;HCO3-在低浓度时能促进SDZ的光催化降解,高浓度时促进作用不明显;SO42-和Cl-对SDZ的光催化降解有轻微的抑制作用;HA对SDZ光催化降解有显著的抑制作用,浓度越高,抑制作用越强。UV-TiO2/EP是一种去除水体中微污染SDZ的有效方法。     

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。     

改性膨润土颗粒对微污染水中有机物和氨氮的吸附

采用粘结剂聚乙烯醇(PVA)、造孔剂碳酸氢钠(NaHCO3)和微波强化Al改性膨润土(以下简称M-Al-Bt)制备改性膨润土颗粒(以下简称MBG),研究MBG对微污染水中有机物和氨氮(NH4-N)的吸附效果,考察了不同投加量、反应时间、pH值对腐殖酸(HA)和NH4-N的去除效果影响.结果表明,投加量3 g/L,反应时间20 min,pH =7时,MBG对微污染水中20 mg/L HA和5mg/L NH4-N的去除率分别可达98％和20％以上.HA和NH4-N共存时,存在竞争吸附,HA影响了MBG对NH4-N的去除.     

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。     

用微观作用力解析无机离子对腐殖酸的膜污染行为影响

基于Na+、Ca2+离子在天然水体中的普遍存在及对超滤膜有机污染行为的影响,本研究主要考察了不同离子条件下腐殖酸(HA)对PVDF超滤膜污染行为的影响机理。使用原子力显微镜结合自制的膜材料及污染物探针定量测定了不同离子条件下PVDF-HA及HA-HA之间的相互作用力,同时进行了相应的膜污染实验及定量研究腐殖酸的去除效果。结果表明,PVDF-HA及HA-HA之间的相互作用力大小与膜污染速率及污染幅度呈正相关关系。一价Na+离子通过电荷屏蔽可降低HA表面的带电量,对HA膜污染行为及PVDF-HA及HA-HA之间作用力的影响并不明显。二价Ca2+离子通过电荷中和作用大幅度降低了HA表面的有效带电量,使得PVDF-HA及HA-HA之间的粘附力增大,加剧了膜污染速率。而过多的Ca2+离子会加剧HA之间的聚合,降低了HA进入膜孔内的机率,虽然会短暂的增加腐殖酸的去除效率但无法从根本减轻膜污染。     

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。     

颗粒物对无电压作用下离子交换膜分离去除铜离子的影响

在无外加电压条件下研究了颗粒物对阳离子交换膜分离去除铜离子效果的影响。选用硅酸、二氧化硅、氧化铝和水杨酸等4种物质作为颗粒物分别进行实验,其添加量均为50 mg/L。Cu2+及其补偿离子K+的浓度分别为0.0787mmol/L(5 mg/L)和0.787 mmol/L,水温为25±1℃,搅拌强度为600 r/min,水力停留时间为12 h。在所述实验条件下运行96 h后,水中无颗粒物干扰时,铜离子去除率为84%;水中存在带负电荷颗粒物(硅酸)和不带电荷颗粒物(二氧化硅和氧化铝)时,铜离子去除率略为下降至81%;而当水中存在带正电荷颗粒物(水杨酸)时,铜离子的去除率进一步下降为79%。研究结果表明带正电荷颗粒物对铜离子的交换去除影响较带负电荷或不带电荷颗粒物大,因为带正电荷颗粒物更易迁移至阳离子交换膜表面甚至进入膜内,并与膜表或膜内离子交换基团结合,从而导致铜离子交换去除明显下降。     

TiO2/EP光催化降解水体中微污染磺胺嘧啶的研究

制备了膨胀珍珠岩（EP）为载体的TiO2催化剂（TiO2/EP）,对使用较为广泛的抗生素磺胺嘧啶（SDZ）进行了光催化降解研究,探讨了TiO2的负载量、溶液的初始浓度、初始pH、无机离子（HCO3^-、SO4^2-和Cl^-）和腐殖酸（HA）对SDZ降解效果的影响。结果表明：SDZ的光催化降解符合一级反应动力学方程;当TiO2最佳负载量为20 wt%,SDZ浓度为5 mg/L,pH=6.7,紫外光照射强度为1 000μW/cm^2,反应时间为45 min时,SDZ的降解率达到96%;HCO3^-在低浓度时能促进SDZ的光催化降解,高浓度时促进作用不明显;SO4^2-和Cl^-对SDZ的光催化降解有轻微的抑制作用;HA对SDZ光催化降解有显著的抑制作用,浓度越高,抑制作用越强。UV-TiO2/EP是一种去除水体中微污染SDZ的有效方法。     

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。     

TiO2光催化复合分离膜对水中天然有机物的去除

在水源污染越来越严重、水质标准日益严格的背景下,超滤（UF）已逐渐成为替代饮用水常规处理技术的最佳选择之一。本研究中采用相转化法,将聚偏氟乙烯（PVDF）、聚乙二醇（PEG）和二氧化钛（TiO2）共混制得光催化复合分离膜并对其进行扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）和X射线能谱仪（EDS）等相应的表征。比较了有无光照条件下,PVDF-PEG和PVDF—PEG—TiO2膜对腐殖酸（HA）的截留和超滤过程中的膜污染情况。研究结果表明,TiO2光催化复合分离膜能提高对水中天然有机物的去除并同时降低膜污染。紫外光照强度越强,PVDF-PEG—TiO2膜的抗污染性能越好。另外,光催化能更有效地减少超滤初始浓度较低的腐殖酸溶液过程中的膜通量衰减。     

TiO2光催化复合分离膜对水中天然有机物的去除

在水源污染越来越严重、水质标准日益严格的背景下,超滤(UF)已逐渐成为替代饮用水常规处理技术的最佳选择之一。本研究中采用相转化法,将聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙二醇(PEG)和二氧化钛(TiO₂)共混制得光催化复合分离膜并对其进行扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和X射线能谱仪(EDS)等相应的表征。比较了有无光照条件下,PVDF-PEG和PVDF-PEG-TiO₂膜对腐殖酸(HA)的截留和超滤过程中的膜污染情况。研究结果表明,TiO₂光催化复合分离膜能提高对水中天然有机物的去除并同时降低膜污染。紫外光照强度越强,PVDF-PEG-TiO₂膜的抗污染性能越好。另外,光催化能更有效地减少超滤初始浓度较低的腐殖酸溶液过程中的膜通量衰减。     

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。     

脉冲电絮凝-膜分离反应器的膜污染控制机制

为了改进直流电絮凝膜分离反应器(electrocoagulation-membrane cathode reactor, ECMCR)在实际应用中存在极板钝化、能耗高等不足,本研究开发了脉冲电絮凝膜分离反应器(pulsed electrocoagulation-membrane cathode reactor,PECMCR),并分析了其中的膜污染控制机制。研究发现ECMCR对腐殖酸(humic acid, HA)的去除率最高可达85.23%,相比之下相同产铝量和能耗下脉冲电絮凝膜分离反应器对HA的最佳去除效率可达到90%以上,且跨膜压差分别降低了36%和20%。PECMCR相较于ECMCR具有更好的HA去除效果和膜污染缓解效果,这可能是因为在脉冲电场的作用下,金属阳离子在溶液中加速扩散,减少或消除了金属阳极的钝化现象,从而有效提高HA的去除效率。而且HA与膜阴极之间的静电斥力降低了HA污染物在膜上的粘附,有助于进一步缓解膜污染。另外,脉冲电絮凝可以缓解电极钝化,有助于进一步节省能耗。此研究结果为PECMCR应用于水处理过程中膜污染控制提供了新的解决方案。     

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。     

水合氧化铁改性竹炭去除水中磺胺甲噁唑

研究了水合氧化铁(HFO)改性竹炭对水中磺胺甲噁唑的去除效果,考察了磺胺甲噁唑初始浓度与初始p H对去除效果的影响,并对去除过程中磺胺甲噁唑及其产物的发光细菌的急性毒性进行了评价。实验结果表明,采用X射线光电子能谱(XPS)及红外光谱(FTIR)对改性竹炭进行表征确定水合氧化铁负载改性的方法是可行的,改性竹炭能显著提高竹炭对水中磺胺甲噁唑的去除效果,在磺胺甲噁唑20、40和80 mg/L 3个初始浓度条件下,在HFO改性竹炭反应体系中,其反应速率常数为原竹炭的19.0~32.2倍;改性竹炭对水中磺胺甲噁唑的去除过程符合准一级动力学,反应速率常数随初始浓度的升高而减小,反应速率常数随p H的变化规律为p H 8p H 4p H 1,表明水中磺胺甲噁唑以阴离子形态存在时更易于去除;改性竹炭去除磺胺甲噁唑的过程中有反应产物生成,发光细菌毒性测定结果表明,反应体系的发光抑制率从反应起始时的96.1%下降到了84.2%(144 h),说明采用HFO改性竹炭去除磺胺甲噁唑有利于减弱反应体系的毒性。     

累托石/腐殖酸微球的制备及其对Cr(Ⅵ)的吸附研究

采用累托石（REC）、腐殖酸（HA）等材料制备微球状吸附剂,考察了累托石、腐殖酸、聚乙烯醇（PVA）、海藻酸钠（SA）、氯化钙等材料的用量对制得的微球吸附性能的影响,通过正交试验确定了微球的最佳制备条件,还考察了微球用量、振荡时间和溶液pH值等因素对微球吸附去除水中Cr(VI)效果的影响。结果表明,采用累托石、腐殖酸、聚乙烯醇等材料可制得高效去除水中六价铬离子的微球状吸附剂,微球的最佳制备条件为：REC 1%,HA 4%,PVA 7%,SA 0.1%,CaCl₂ 0.5%。制得的累托石/腐殖酸微球孔系发达,吸附性能良好。在温度30℃,微球用量0.02 g/mL,振荡时间为2.5 h,pH值为1的条件下,微球对Cr(VI)的吸附效率可达98%以上。     

水中腐殖酸可见光降解阿特拉津的动力学研究

探讨了天然水体中存在的腐殖酸(HA)可见光降解水中阿特拉津的动力学特征和影响因素。结果表明,pH对HA可见光降解阿特拉津具有明显影响,水中HA质量浓度为5.0mg/L时,pH为3、5、7、9的条件下,受可见光照6.00h后阿特拉津(初始质量浓度5mg/L)的去除率分别为75.5%、77.3%、91.7%、84.9%,中性条件下阿特拉津可见光降解效果最佳;当HA质量浓度分别为1.5、3.0、5.0、10.0mg/L时,HA对水中阿特拉津的可见光降解均表现为促进作用,且降解过程符合一级反应动力学方程,其一级反应动力学常数分别为0.337 0、0.361 4、0.445 4、0.314 6h-1,HA为5.0mg/L时阿特拉津的可见光降解效果最佳。实际应用中,可以通过优化HA与阿特拉津的浓度比值,发挥HA促进阿特拉津可见光降解的最佳效能。