彩色超疏水纳米纤维膜的制备与研究

为提高超疏水表面的实用性,使用静电纺丝方法制备了含有有机染料的聚偏氟乙烯纳米纤维膜。分别研究了偶氮黄、偶氮红、酞菁蓝和酞菁绿/聚偏氟乙烯(PVDF)纤维膜的表面微观形貌与水滴接触角随染料含量的变化规律。由于纳米纤维结构与珠状结构共同作用,增大了纤维膜的表面粗糙度,在与聚偏氟乙烯和染料的疏水性质协同影响下,其对应的水滴接触角可分别达到155.0°、155.0°、153.0°和155.0°。除单色纳米纤维膜外,通过增加喷头的方法可一步制备多色超疏水膜。所获得的纳米纤维膜不但具有化学与物理稳定性,同时对牛奶等日常液体具有高度疏液性。     

纳米SiO_2对聚丙烯腈平板膜性能的影响

考察了溶剂配比、聚合物浓度对聚丙烯腈(PAN)微滤膜纯水通量、污染速率和孔隙率的影响,并将无机纳米SiO2与PAN材料共混制备无机/有机共混膜,研究了共混膜的基本特性和抗有机污染特性。结果表明,当溶剂A与B的配比为3∶2、PAN浓度为13%时,PAN微滤膜成膜性能较优;纳米SiO2的添加可使PAN微滤膜的纯水通量提高1.3倍、孔隙率增加9.8%、污染速率降低74%,并且对强疏水性和中性亲水性有机污染物的抗污染能力得到增强。     

纳米TiO_2改性膜生物反应器处理污水的研究

采用啧涂纳米TiO2的方法对聚偏氟乙烯（PVDF）微滤膜进行改性,用改性膜生物反应器（MBR）和非改性MBR处理污水,对比了两者的出水水质、膜通量和膜过滤阻力。结果表明,两套MBR的出水水质均可达到《生活杂用水水质标准》（CJ25．1—89）的要求;纳米TiO2改善了膜表面的亲水性和粗糙度,从而使改性MBR的清水膜过滤阻力和不同抽吸压力下的膜过滤阻力均低于非改性MBR的,而其在不同抽吸压力下的稳定膜通量则高于非改性MBR的。     

表面改性纳米氧化铝亲水共混膜制备及其水处理效能

经低温等离子体处理后,在纳米氧化铝(Al_2O_3)表面接枝甲基丙烯酸-2-羟乙酯(HEMA)或其聚合物,制备了Al_2O_3-g-HEMA纳米复合颗粒。采用纳米Al_2O_3及Al_2O_3-g-HEMA纳米复合颗粒分别与聚偏氟乙烯(PVDF)共混,制备了PVDF/Al_2O_3膜和PVDF/Al_2O_3-g-HEMA膜,并与未改性PVDF膜进行比较。考察了改性纳米Al_2O_3表面的接枝情况和平均粒径,以及上述3种超滤膜处理聚驱采油废水的通量、出水水质及膜污染情况。结果表明,经表面改性的纳米Al_2O_3,其颗粒团聚得到良好控制,平均粒径大幅下降。PVDF/Al_2O_3膜和PVDF/Al_2O_3-g-HEMA膜的亲水性、纯水通量、处理聚驱采油废水的运行通量及清洗后通量恢复率均大幅提高。3种膜对聚丙烯酰胺、油类和TOC均有良好的去除效果,且共混改性不影响膜对大分子物质的去除。以PVDF/Al_2O_3-g-HEMA纳米复合颗粒作为添加剂制备的共混膜,其通量、去除效果和抗污染能力等综合性能最佳,是深度处理聚驱采油废水的理想膜材料。     

一体化改性膜生物反应器处理城市污水的效果

利用亲水性的纳米TiO2对强疏水性的聚偏氟乙烯膜进行改性以减缓膜污染,并应用于膜生物反应器(MBR)。原水来自常州市某城市污水厂,经加装改性和未改性膜组件的MBR处理后出水水质均能达到GB 18918—2002中的一级A标准。尽管进水COD浓度不稳定,但两套膜组件对COD的去除率均保持在85%以上,改性膜组件对COD的平均去除率更高,可达94%;对SS的去除率几乎能达到100%;在对TN和TP的去除上,改性膜组件略有优势,但不明显,这是因为N、P的去除主要依靠微生物的降解作用,膜的分离作用不大。在运行一段时间后,两套膜组件的膜通量均有所下降,经在线反冲洗及化学清洗后,通量均有所恢复,分别为73%和78%。对比处理出水水质及抗污染能力,改性膜组件均优于未改性膜组件。     

聚偏氟乙烯平板膜处理反冲洗废水的实验研究

为解决给水厂反冲洗废水回用问题,对聚偏氟乙烯平板膜处理反冲洗废水进行了研究,实验测得最佳曝气量为1 L/min,最佳膜通量为25 L/(m2·h),此时膜反应装置处理效果较好,运行稳定。     

刻蚀/原位共沉改性PVDF超滤膜对地表水分离性的研究

为了改善PVDF膜对地表水的分离效果,以聚偏氟乙烯(PVDF)为聚合物、聚乙烯吡咯烷酮(PVP-K30)为致孔剂、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂配制铸膜液,通过相转化法制备了PVDF膜,借助DMAc对膜基质的刻蚀作用制备了PEM膜,通过原位共沉反应在PEM表面沉积Ag_2CO_3得到Ag_2CO_3@PVDFEtch复合膜(Ag C-PEM),并分析了其水接触角、纯水通量、BSA截留率等。使用扫描电镜(SEM)、三维荧光光谱(3-D EEM)考察了其微观结构以及对地表水的分离性效果;通过膜阻力计算、污染物静态吸附和修正污染指数(MFI)值测试,分析了膜的抗污染性能。结果表明,与PVDF膜相比,复合膜呈现出了较高的纯水通量、亲水性和分离性;在过滤地表水时,AgC-PEM通量恢复率达到近90%,显示出卓越的抗污染能力,从三维荧光光谱图看出,复合膜对地表水有良好的净化效果,而且出水COD和UV254达到自然水体一级排放标准。     

GO-PVP/PVDF渗透膜的热质传递机理和污染特性

渗透率低和疏水性差是限制渗透膜在膜蒸馏式海水淡化运用中的关键因素。为了提高膜的疏水性且保持高渗透性能，对自制的超疏水氧化石墨烯-聚乙烯吡咯烷酮/聚偏氟乙烯(GO-PVP/PVDF)复合膜进行了热质传递的分子模拟和污染物为腐殖酸(HA)、半胱氨酸(LC)、Ca²⁺的耐污染实验，并通过Materials Studio(MS)软件建立了膜的传热传质模型。结果表明，GO含量越大膜表面的裂纹越少。左右堆叠形态下复合膜的渗透性能最好且热导率最高，上下堆叠形态下膜性能最差。氢键作用能(E_el)为负值，并导致污染物和膜表面的相互作用能为负值，是污染物富集在膜表面的主要作用力。此外，Ca²⁺离子会加重膜污染。     

防污自洁PVC建筑膜材的研究

基于"荷叶效应"原理,用PVDF(聚偏氟乙烯)与纳米SiO2粒子在PVC建筑膜材表面构筑微米-纳米粗糙结构,并用AFM(原子力显微镜)加以验证。详细分析了PVDF溶液的制备条件对构筑微米结构的影响。经测试,面涂后的PVC建筑膜材与水的接触角达158.9°,滚动角为3°,集灰实验测试表明,水滴能将撒在PVC建筑膜材表面的炭黑带走,具有一定防污自洁性。     

氧化石墨烯与纳米TiO_2改性PVDF膜的性能研究

自制氧化石墨烯(GO)与纳米TiO_2复合改性PVDF中空纤维超滤膜(简称GOTiO_2改性PVDF膜),测定其表面功能特性,考察其对微污染物腐殖酸(HA)的截留特性与抗污染性能。结果表明:GO-TiO_2改性PVDF膜的静态水接触角下降为38. 6°±1. 2°(原膜为80. 6°±1. 8°),表面亲水性能得到很大改善。改性后膜表面富含大量的—COOH、—OH等亲水性基团,亲水性表面为GO-聚酰胺-TiO_2复合结构。GO-TiO_2改性PVDF膜的通量衰减率得到显著改善,其通量总衰减率下降到35. 6%(改性前总衰减率为51. 2%);改性膜不可逆衰减率大幅下降,约为原膜的1/4。改性膜抗污染性能明显改善,其对HA的静态吸附量由改性前的295. 0 mg/m2下降到158. 6 mg/m2。水力反冲洗能使GO-TiO_2改性PVDF膜的通量恢复率达到94%,而原膜只有69%。GO-TiO_2改性PVDF膜的截留性能得到显著提升,其对HA的截留率从81. 0%上升到90. 1%,过滤周期延长了约2. 5倍。