关键词：
PVDF膜
复合膜
抗污染
抗菌
摘要：
聚偏氟乙烯(PVDF)因其优异的性能,成为目前最常用的制膜材料材料之一。而PVDF膜目前工业应用十分广泛,已大规模应用于分离、浓缩、纯化等领域。然而PVDF膜由于PVDF聚合物材料自身的疏水特性,膜表面难以被水润湿。在实际分离过程中天然有机物(NOM)极易吸附于膜表面或阻塞膜孔,造成严重的膜污染使膜性能持续衰减,限制了膜在污水处理领域中的应用。另一方面,原水中生物活性较高,且料液中生物抑制剂加量不足时,微生物能够在膜表面繁殖形成生物膜,并代谢释放大量胞外聚合物(EPS)吸附于膜表面造成更加严重的膜污染。由于膜的易污染问题,膜分离技术的发展受到了严重制约,膜污染的存在要求实际工程中需要的原水进行预处理,膜运行过程中需要对膜清洗和更换,并且膜污染会增大膜运行的跨膜压差从而增加能耗,这些无疑会增大膜分离技术的经济成本,限制了膜工程的可行性。因此,开发新型抗污染PVDF分离膜具有十分重要的理论和实际意义。因此为确保膜能在长期运行过程中保持其亲水耐污染的性能。本文采用共混与表面接枝改性方法,制备高性能、耐污染的PVDF复合分离膜。首先通过使用浓KOH/KMnO4强碱强氧化试剂对PVDF膜进行表面脱氟处理,再使用Na2SO3对PVDF膜表面进行羟基化,以PVDF膜表面羟基为结合位点,通过均苯三甲酰氯连接体,将β-环糊精接枝于膜表面,制备出β-环糊精表面修饰的PVDF膜。采用ATR-FTIR、XPS、SEM、AFM对复合膜的结构进行了表征,系统研究了复合膜制备工艺与膜性能。并以BSA溶液为污染模型,评价了复合膜在多周期运行中对有机污染物的抗污染性能;不仅于此,本文还通过同样简单高效的表面接枝改性方法,成功将所设计合成的Ag-SiO2纳米复合材料固定在PVDF基膜表面。同样通过ATR-FTIR、XPS、SEM、AFM对复合膜的结构进行了分析表征,所制备的复合膜具显示极高的亲水性与渗透通量,另外系统全面的研究了复合膜的多周期抗有机污染能力,评价了其通量衰减率,通量恢复率,可逆污染率,不可逆污染率和总污染率,结果显示复合膜抗有机污染能力得到较大提高。在以大肠杆菌为生物污染模型的污染研究实验中,发现不具有任何抗菌性能的PVDF膜通过该方法修饰,获得了优异的抗菌性能。另外本文将所制备的Ag-SiO2纳米复合材料修饰上APTES,使用XRD、FT-IR、TEM对Ag-SiO2-APTES复合纳米材料进行表征。并通过共混改性方式制备出共混复合膜,通过ATR-FTIR、SEM对膜结构进行了研究。探究了该复合膜在不同pH值下对亚甲基蓝废水处理性能,结果发现复合膜在低pH下对亚甲基蓝具有极高的处理效果。另外可以发现复合膜表现了对亚甲基蓝优异的抗污染性能。通过大肠杆菌污染实验显示了复合膜具备良好的抗菌性,能够抑制膜生物污染的发生。最后,为了在不对膜产生伤害的前提下,及时有效地去除膜污染保持膜的处理效率。通过设计合成具有高亲水、抗菌性并具有光催化性能的Ag-SiO2-APTES复合纳米材料,通过共混改性的方式,制备出改性复合膜,使用XRD、FT-IR、TEM对Ag-TiO2-APTES复合纳米材料进行表征,通过ATR-FTIR、SEM对膜结构进行了研究。在亚甲基蓝废水处理实验中,复合膜表现了优异的处理效果,不仅如此由于复合膜具有可见光光催化性能,复合膜能够降解沉积和吸附于膜表面的亚甲基蓝分子,因此获得了一种新型的膜污染去除功能,另外同样的,复合膜具备对大肠杆菌的抑菌性,抑制了其在实际应用中的生物污染问题。
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