海藻酸及腐殖酸共存对PVDF超滤膜的污染行为

为了揭示有机物对PVDF超滤膜的污染行为,选用典型亲/疏水性有机污染物海藻酸(SA)及腐殖酸(HA),采用原子力显微镜结合自制的PVDF膜材料探针和污染物探针定量测定了PVDF-污染物及污染物-污染物间的作用力,并进行PVDF膜污染试验和污染物去除效果分析.结果表明:亲水性SA-PVDF及SA-SA之间的作用力皆大于疏水性HA-PVDF及HA-HA间的作用力,且SA污染膜的通量衰减速率与衰减幅度明显大于HA污染膜,说明了亲水性有机物是引起PVDF超滤膜污染的优势污染物.HA/SA混合污染物试验表明,膜污染行为与混合污染物中优势污染物的含量密切相关;与单种污染物的膜污染行为相比,混合污染物间不存在明显的协同作用促进膜污染.此外,污染物的去除率与相应微观作用力大小及膜污染速率成正相关关系.     

等离子体改性PVDF中空纤维超滤膜的动电性质研究

为减轻膜污染以丙烯酸和丙烯酰胺为接枝单体,对聚偏氟乙烯中空纤维超滤膜用低温等离子体方法进行改性。用流动电位法,测定电解质溶液中膜的流动电位并研究电解质溶液的种类、浓度及pH值的影响,对比改性前后的膜流动电位变化情况。结果表明,流动电位绝对值随着电解质浓度的增大而减小,随着电解质溶液中阳离子价态的升高而减小;改性后膜的zeta电位略高于原膜。     

基于HBPs接枝的PVDF膜亲水改性及抗污染性能

在聚偏氟乙烯（PVDF）微滤膜表面接枝超支化聚合物聚乙烯亚胺（HPEI）,并通过环氧丙醇与氨基的开环反应在PVDF膜表面形成高密度的多羟基结构,实现PVDF膜的亲水改性.实验对膜的表面亲水性、抗粘附性能和抗污染性能进行表征,并采用原子力显微镜（AFM）测量膜与污染物探针之间的粘附力以进一步探究改性膜的抗污染机理.实验结果显示,改性后,PVDF膜的接触角从85°减小至42°,润湿时间从20s缩短至10s,表面亲水性显著提高;在静态吸附实验中,改性膜表面粘附的蛋白质和多糖数量明显减少;在动态污染实验中,改性膜的水通量恢复率（FRR）较高,不可逆通量下降率（IFR）较低,说明其较强的抗污染性能.AFM界面粘附力的测试结果表明污染物探针与改性膜面的粘附力较弱,进一步证实改性膜表面丰富的亲水基团以及超支化结构的位阻效应可以有效改善PVDF膜的抗污染性能.     

基于膜特征参数变化的蛋白质超滤过程膜污染研究

为进一步研究多种蛋白质体系超滤过程的膜污染机制,采用切割相对分子质量为50×103的聚醚砜(polyethersulfone,PES)超滤膜,对溶菌酶(lysozyme,LYS)、牛血清蛋白(bovine serum albumin,BSA)、LYS+BSA等3种不同蛋白质溶液的超滤过程进行了研究.运用接触角仪、场发射扫描电镜(field emission scanning electron microscope,FESEM)、原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)测定了不同污染阶段膜特征参数的变化.结果表明,超滤膜通量变化明显呈现3个阶段:初期(约0~5min)衰减迅速、中期(约5~60 min)衰减缓慢、后期(约60~120 min)趋于稳定;整个超滤过程中,LYS污染膜的通量衰减幅度最大,LYS+BSA次之,BSA最小.膜特征参数变化表明:LYS对膜的初期污染主要以膜孔窄化为主,中期污染由膜孔堵塞和膜孔窄化共同控制;BSA初期膜污染以膜孔堵塞为主,中期污染以膜孔窄化为主;滤饼层过滤是BSA、LYS后期膜污染的主要机制.LYS+BSA二元混合溶液中的LYS对膜污染的产生起主导作用.     

溶解性微生物产物在GO/PVDF杂化膜面的污染行为

为了解析溶解性微生物产物（SMP）在GO/PVDF杂化膜面的污染特性,对膜片进行了宏观污染实验,并采用耗散石英微晶天平（QCM-D）从微观角度分析了SMP在自制镀膜芯片上的吸附规律和污染层结构变化.结果表明,GO含量为0.5wt%的膜污染恢复率最高（79.95%）,抗污染能力最强.QCM-D实验发现,GO含量为0wt%镀膜芯片表面SMP吸附量最大,污染较为严重.膜片亲水性越强,吸附频率变化越小,抗污染能力越强.此外,GO含量为0.5wt%镀膜芯片表面的污染物结构比较疏松和柔软,其他膜表面的污染物结构较为坚硬和致密.     

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。     

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.     

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.     

QCM-D与AFM联用解析EfOM在SiO2改性PVDF超滤膜表面的吸附机制

为了进一步从微观角度上研究不同过滤阶段出水有机物(Ef OM)在纳米Si O2改性超滤膜表面的具体吸附机制,通过调节Si O2添加比例从而获得不同改性程度的实际膜.借用耗散型石英晶体微天平(QCM-D)与原子力显微镜(AFM)联用技术分别测定Ef OM在膜表面的吸附情况和Ef OM与膜之间的相互作用力.QCM-D实验结果与分析表明,膜表面的亲水性越好,膜表面Ef OM吸附量就越少,以及Ef OM在膜表面的吸附速率明显减缓.实验结果还发现,Ef OM的吸附经历了两个阶段:在初始阶段(15 min内),有机物快速吸附到膜表面并堆积;当Ef OM的吸附频率达到平衡时,耗散却处于非平衡状态,该现象说明虽然Ef OM在膜表面的吸附量达到稳定,但其吸附层的构象却仍在发生变化.AFM测定结果证明,随着亲水性的不断改善,Ef OM-膜、Ef OM-Ef OM之间的作用力均有所减小,该结果揭露了膜面Ef OM吸附量减少吸附速率下降的本质原因.QCM-D与AFM的联用有效地解释了膜改性对Ef OM吸附机制的影响.     

水质条件对膜-羧基官能团之间微观作用力的影响特征

为了探讨pH值、离子强度及膜材料对膜-污染物间相互作用力的影响特征,利用自制的典型膜污染物羧基官能团胶体探针,结合原子力显微镜定量考察了羧基官能团与PVDF及EVOH超滤膜间的相互作用力随pH值及离子强度的变化特征.结果表明:带有羧基基体的污染物与PVDF及EVOH超滤膜之间的相互作用力皆随着pH值的增大而减小;但是上述作用力随着离子强度的增加呈现特殊的变化趋势:在离子强度为0~10mmol/L时,膜-带有羧基基体的污染物之间相互作用力随着离子强度的增加而增大;在离子强度为10~500mmol/L时,膜-羧基之间相互作用力随着离子强度的增大而减小.在特定的水质条件下,EVOH-羧基间的作用力远小于PVDF-羧基之间的作用力.     

碳纳米管改性PVDF中空纤维超滤膜处理二级出水抗污染性能研究

采用碳纳米管改性PVDF中空纤维超滤膜以缓解膜污染.考察了CNTs的乙醇分散液浓度、CNTs尺寸和负载量对改性中空纤维膜的抗污染性能和改性膜内表面CNTs层稳定性的影响,分析了该改性膜对二级出水DOC、UV254的去除效果,并对改性膜出水的荧光特性进行了表征.结果表明,选用体积分数为50%的乙醇分散液、外径为30~50 nm碳纳米管、负载量为3 g·m-2时,制备的改性中空纤维膜CNTs层稳定,抗污染能力显著提高.与未改性膜相比,改性膜对二级出水DOC和UV254的去除率分别提高了37%和56%;且对二级出水中的腐殖类和蛋白质类物质去除能力明显增强.     

超滤膜污堵原因分析及防治措施

针对神华国能集团有限公司新疆米东热电厂冬季以城市中水为原水的锅炉补给水系统中超滤膜污堵严重的问题,通过对现场设备运行试验数据、城市中水水质性状、超滤反洗污堵物质的综合分析,认为超滤膜污堵的主要原因是中水厂出水COD_Cr和氨氮超标,同时认为调整运行工况可作为减缓超滤膜污堵的防治措施。通过工况参数调节,超滤设备运行跨膜压差和进水流量满足电厂运行要求,证明该措施可以有效减缓中水水质对超滤膜的污染。     

超滤膜净化微污染水效果及污染机理分析研究

粉末活性炭+超滤组合工艺(PAC-UF)对去除微污染水效果明显,实验结果表明此工艺对CODcr、NH3-N、UV254和浊度的去除率分别为80%~92%、40%~70%、71%~95%、95%~97%.在此基础上,进一步研究了不同材质和不同孔径超滤膜的膜污染行为,根据Hermia模型分析膜污染发现,三种材质超滤膜中,PVDF膜具有较好的抗污染性能;而不同孔径的超滤膜所对应的膜污染模型是不同的,分析膜污染模型发现,滤饼层阻力在膜过滤中占有重要地位.     

微塑料对短流程膜工艺中膜污染的影响

微塑料作为新型污染物越来越受到关注.随着微塑料在饮用水源地逐渐检出,亟需了解当前水处理工艺对其去除效能与机制.随着膜法饮用水处理技术的发展,短流程膜工艺以其占地面积小、去污效能高成为重要研究方向.因此,考察了微塑料对短流程膜工艺尤其膜污染的影响.结果表明,微塑料混凝前后,滤饼层始终是引起膜污染的关键诱因.超滤膜由于孔径小(d 0. 1μm),微塑料(d 5 mm)本身不会引起严重膜污染.然而,与铁盐混凝后,由于絮体的存在使得滤饼层相对疏松,但随着混凝剂投量增加,小粒径微塑料容易进入絮体形成的网络空间,形成致密滤饼层,严重加剧膜污染.pH 7. 0时0. 1 mmol·L~(-1)和0. 9 mmol·L~(-1)FeCl_3·6H_2O水解絮体导致的膜比通量分别为0. 82和0. 76.然而,0. 1 g小粒径微塑料(d 0. 5 mm)分别与0. 1 mmol·L~(-1)和0. 9 mmol·L~(-1)FeCl_3·6H_2O混凝后导致的膜比通量分别降低至0. 76和0. 62.此外,水环境中微塑料多呈负电.与碱性环境相比,氯化铁水解絮体在酸性环境中呈正电且粒径较小,微塑料容易被絮体吸附、捕获,进而形成相对致密滤饼层,引起严重膜污染.pH 6. 0和8. 0时,0. 1 g小粒径微塑料(d 0. 5 mm)与0. 3 mmol·L~(-1)FeCl_3·6H_2O混凝后膜比通量分别为0. 55和0. 79.     

荷电超滤膜对天然有机物去除及膜污染行为的影响

以Aldrich 腐殖酸溶液为水样,研究比较了溶液环境(pH值、离子强度和钙离子)对荷电改性再生纤维素超滤膜和传统中性未改性再生纤维素超滤膜过滤过程的影响.结果表明, ①pH值主要通过质子化作用影响荷电膜以及腐殖酸分子的荷电量,进而影响荷电超滤过程.溶液pH值从7.5下降到3.5时,荷电超滤膜对腐殖酸的截留率从92%减少到79%,超滤4 h时,膜通量下降从26%增加到36%.②离子强度的改变是通过影响腐殖酸分子的物化性质和静电屏蔽作用来影响超滤过程的.当溶液离子强度为0、 3和100 mmol/L时,初始截留率依次降低,分别为92%、 87%和48%,超滤4 h时,荷电超滤膜的通量下降依次增加,分别为26%、 35%和63%.③Ca2+浓度的影响,需要综合考虑静电屏蔽作用、Ca2+的架桥作用以及滤饼层的压实性等各方面的影响.④pH值、离子强度和钙离子对中性超滤膜过滤行为的影响趋势与荷电超滤膜相似,但其影响程度有着较大的差别.研究结果对荷电超滤膜技术在实际应用中选择合适环境条件提供了参考.     

微滤过程中腐殖酸与膜表面黏附特性的试验研究

为了进一步研究微滤过程中腐殖酸对微滤膜的污染机制,通过运用原子力显微镜(AFM),结合自制的PVDF胶体探针考察了不同的pH、离子强度以及钙离子浓度等水质条件下膜-腐殖酸与腐殖酸-腐殖酸之间微观黏附力的变化趋势以及与膜的通量衰减幅度之间的相关性.结果发现,微观黏附力是膜面污染产生的根本原因.由于pH的电性中和以及离子强度的电性屏蔽作用,膜-腐殖酸以及腐殖酸-腐殖酸之间黏附力随着pH的减小或离子强度的增大都呈增大趋势;而随着钙离子浓度的增大,由于少量钙离子的"架桥"作用以及过量时的电性中和作用,两种黏附力先增大后减小.各条件下,膜-腐殖酸与腐殖酸-腐殖酸之间黏附力都呈相同的变化趋势,且与对应污染膜的通量衰减幅度具有正相关性,为更加深入了解膜污染的形成机制提供了一定的理论支持.     

聚偏氟乙烯大孔超滤膜的研究

以国产聚偏氟乙烯（ＰＶＤＦ）为原料,选择不同种类的单一溶剂、混合溶剂和添加剂为铸膜液组成,研究了若干制膜因素对膜性能的影响,采用混合溶剂ＤＭＡＣ／ＡＣ之比控制ＡＣ含量在４０％─６０％,添加剂含量在１０％─２０％,制膜的气氛温度为２５—３０Ｃ,铸膜液温度为５０℃左右,可制得截留分子量为１５万和２４万,透水速度达３０—７０ｍｌ／（ｃｍ２·ｈ）,截留率为９０％以上的大孔超滤膜。     

微絮凝对腐殖酸超滤过程膜污染的减缓特性

以硫酸铝[Al_2(SO_4)_3·18H_2O]为絮凝剂,腐殖酸(humic acid,HA)和高岭土(Kaolin)水溶液为原水,研究微絮凝过程产生的不同絮体形态,对自制聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜过滤过程的影响.主要考察了微絮凝过程中絮体的特性(粒径大小及分布,分形维数)以及不同条件下形成的絮体形态对膜通量的影响,利用扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对污染膜的表面形貌进行表征,并测定了PVDF膜与有机污染物之间黏附力大小,来解析不同絮体形态对超滤膜的膜污染影响机制.结果表明,Al~(3+)以电性中和作用水解去除有机物,随着絮凝剂投加量的增加,絮体粒径不断增大,絮体的分形维数减小.膜通量衰减速率与絮体的粒径呈负相关,絮体粒径越大,膜通量衰减速率越小,超滤过程中形成的滤饼层越疏松,同时,较小分形维数的絮体引起的膜污染较轻,其膜通量恢复率也较高.PVDF-有机污染物之间的相互作用力大小与运行初期相应污染膜通量衰减速率呈正相关.当Al~(3+)投加量为5 mg·L~(-1),初始pH=7时,HA去除率为96.7%,膜通量衰减最小,通量恢复率达到88%.     

超滤处理微污染地表水的膜污染化学清洗研究

针对超滤处理微污染地表水时产生的膜污染,利用电镜扫描和能谱技术分析其膜丝内表面污染物的组份,并考察了几种化学清洗剂对污染膜的清洗效果。试验结果表明,膜丝内表面的污染层是由有机物、微生物和无机物组成,其中有机物覆盖着无机物,以有机污染为主;膜清洗宜先碱洗后酸洗;单一清洗剂中NaOH、NaC1O和H2O2均有较好的清洗效果,但并不能使膜通量完全恢复,而复合清洗剂H2O2+柠檬酸具有显著的清洗效果,膜通量恢复率高达98%。