PVDF/SiO_2超滤膜抗污染特性的微观作用力分析

以无机纳米粒子(SiO2)与PVDF共混,使用相转化法制得无机-有机平板超滤膜.考察了SiO2含量在1%~3%(质量分数)范围内对PVDF超滤膜的接触角、膜平均孔径及渗透性能的影响.以BSA为标准污染物,通过过滤实验评价了SiO2改性后的PVDF超滤膜的抗污染行为.通过探针修饰,以原子力显微镜(AFM)检测技术定量分析了膜污染过程中膜面与污染物相互间的微观作用力.结果表明,添加SiO2能有效改善PVDF超滤膜的亲水性能,影响膜平均孔径和渗透性能.SiO2质量分数为1%的改性超滤膜(P1膜)孔径最大,接触角最小且渗透性能最佳,膜表面和断面微观结构的SEM表征结果也进一步证实了上述结论.膜污染评价结果显示,在BSA过滤过程中,P1膜通量衰减速度慢、清洗恢复率高,抗污染性能较好.AFM数据显示,膜面与BSA间的粘附力随膜的亲水性增大而下降,并随着污染物在膜表面的累积程度逐渐下降.初步说明膜与BSA间的微观作用力是导致膜污染发生的主要原因,SiO2的添加能够有效降低膜的初期污染进而提高膜抗污染性能.     

远程氩等离子体对聚偏氟乙烯超滤膜的表面改性

利用朗缪尔探针和发射光谱法诊断远程氩等离子体,确定了离子密度和活性粒子的分布规律,以预测最佳改性区域;采用远程氩等离子体改性聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜,设计正交实验探究远程氩等离子体处理改性效果的最优工艺组合,并通过水接触角表征超滤膜改性前后的亲水性能;利用扫描电镜和X射线光电子能谱表征膜表面的形貌和化学成分变化,并通过拉伸性能测试表征改性后PVDF超滤膜强度。最后,通过海藻酸钠(SA)过滤实验评价膜改性前后过滤性能及抗污染性能。实验结果表明,远程氩等离子体改性的最优条件为,射频功率90 W、处理时间90 s、压强20 Pa、距放电中心40 cm处;PVDF超滤膜表面通过远程氩等离子改性后,其表面通过引入含氧、含氮基团提高了其表面亲水性能,水接触角从95.63°降至62.19°,且改性后的PVDF超滤膜最大拉伸强度由403.11 gf/cm~2增至为439.37 gf/cm~2。通过SA过滤实验,改性后的PVDF超滤膜具有良好的过滤性能和抗污染性能,其水通量和SA通量分别从123.36 L/(m~2·h),49.08 L/(m~2·h)增至151.98 L/(m~2·h),68.10 L/(m~2·h),截留率从77.35%增至87.25%,总污染率从72.50%降至60.20%。     

PVDF/PDA共混膜的制备及其性能研究

采用多巴胺自聚合原理生成聚多巴胺,通过聚多巴胺对PVDF膜进行共混改性,制得聚偏氟乙烯/多巴胺(PVDF/PDA)共混膜.采用SEM、纯水和酵母悬浊液超滤杯恒压过滤测试以及抗污染能力测试等对共混膜的结构和性质进行考察,同时探讨了不同共混浓度及不同PDA添加量对膜抗污染能力的影响.PDA添加量为0.3%(质量分数)时,纯水通量从PVDF对照膜的56.19L/(m2·h)提高至69.63L/(m2·h).通过重复过滤实验考察共混膜的抗污染能力,结果表明,加入PDA后共混膜的抗污能力有很大提高,PVDF对照膜的一次和二次通量恢复率仅为68.5%和56.4%,而PDA改性后的共混膜通量恢复率均在90%以上.     

TiO_2动态改性膜应用于MBR的研究

采用二氧化钛(TiO_2)纳米粒子对聚偏氟乙烯中空纤维膜微滤膜(PVDF MF,0.1μm)和实验室自制聚砜中空纤维膜超滤膜(PSF UF,0.05μm)进行表面亲水改性,以期提高膜的抗污染能力.采用膜接触角、纯水通量、出水TOC、膜压差和扫描电子显微镜(SEM)进行表征了TiO_2动态膜的性能.将TiO_2纳米颗粒改性后的PVDF MF和PSF UF膜应用于膜生物反应器(MBR)处理模拟焦化废水(TOC=500 mg/L),考察了其对MBR过滤性能的影响.实验结果表明,改性后膜的水接触角明显减小,亲水性增强,TMP升高速率明显降低,模拟焦化废水,TOC的去除率平均可达95%,经返洗及次氯酸钠清洗后膜表面TiO_2层外观没有明显变化.改性后的膜组件较显著地增加了MBR的膜抗污染的优势,且具有一定的稳定性.因此,将TiO_2动态改性耐污染膜应用于MBR是可行的.     

氧化石墨烯/聚偏氟乙烯杂化超滤膜处理乳化含油废水的研究

借助N-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠(EDTS)对氧化石墨烯(GO)进行功能化,制备了EDTS-GO纳米复合物;XRD结果表明,经EDTS功能化后,GO片层之间规则的累积被破坏,形成了不同片层朝向的无序结构,减弱了片层之间的聚集.通过相转化法制备了EDTS-GO和GO改性的聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜以及未改性的PVDF超滤膜,系统考察了EDTS-GO和GO对PVDF超滤膜孔隙率、表面亲水性等性能的影响.处理乳化含油废水的实验结果显示,EDTS-GO/PVDF膜通量及通量恢复率明显高于GO/PVDF膜和PVDF膜,这表明EDTS-GO改性的PVDF膜在处理乳化含油废水时,比GO改性的PVDF膜和纯PVDF膜具有更优异的性能.     

纳米壳聚糖改性PVDF微滤膜抗污染性能的研究

研究了纳米壳聚糖改性聚偏氟乙烯(PVDF)微滤膜的制备方法及其抗污染性能.借助傅立叶-红外光谱仪(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、静滴接触角测量仪等分析手段对改性后的PVDF膜进行了表征.FTIR研究结果证明,与未改性膜相比,改性膜表面有纳米壳聚糖的存在.SEM研究结果发现,孔径随纳米壳聚糖量的增加逐渐减小,而孔的数量先增加后减少.接触角和纯水通量都随纳米壳聚糖量的增加先减小后增大.在蛋白质抗污染实验中,选用牛血清蛋白(BSA)制备蛋白质溶液.改性膜具有更高的水通量恢复率,并且显正电荷性质的BSA和纳米壳聚糖之间的静电排斥力使其具有很高的截留率.所以改性膜具有很好的抗污染性能.     

聚偏氟乙烯/坡缕石复合膜的制备及性能研究

为改善聚偏氟乙烯(PVDF)分离膜的综合性能,将自然界中亲水性纤维状物质坡缕石(APT)作为一种添加剂加入铸膜液中,通过相转化法制备出PVDF/APT复合超滤膜。系统研究了APT的添加对复合膜微观结构、亲疏水性、过滤性能、热稳定性及抗污染性能的影响规律。结果表明,同原膜相比,复合膜孔径变小,亲水性提高,水通量、蛋白截留和抗污染能力提高。接触角由原膜87.4°降低到78.8°;APT添加量6%时,水通量由原膜104.1L/(m2·h)增加到复合膜232.4L/(m2·h);牛血清蛋白(BSA)污染后,复合膜通量恢复率由原膜37.9%上升到59.4%。综合实验结果表明,APT是一种优良的PVDF膜改性剂,添加量为6%时,膜具有较好的综合性能。     

Cu(tpa)/PVDF杂化超滤膜的制备及性能研究

通过室温搅拌法合成了Cu(tpa)纳米晶,并将其作为改性剂制备了Cu(tpa)/PVDF杂化超滤膜.通过XRD、FTIR和SEM等手段表征Cu(tpa)纳米晶,系统研究了Cu(tpa)纳米晶及其含量对PVDF杂化超滤膜的形貌、结构以及性能的影响.采用SEM、XRD、FTIR、静态水接触角等手段对杂化膜进行了表征,结果表明,Cu(tpa)纳米晶可以有效调节PVDF膜的内部结构,当Cu(tpa)添加质量分数为5%时,Cu(tpa)/PVDF膜内部全部为海绵状结构.性能测试结果显示,添加Cu(tpa)材料可以显著提高PVDF膜的纯水通量,同时对BSA截留率保持在96%以上.此外,BSA静态吸附和恢复水通量测试表明,Cu(tpa)/PVDF膜具有良好的抗污染性能.     

纳米硫化铁改性纳滤膜的制备及抗菌性能

为了提高纳滤膜的抗菌性,以三氯化铁和二烯丙基二硫(DADS)为原材料,通过改进的溶剂热法合成具有抗菌能力的纳米硫化铁(nFeS).以聚砜超滤膜为基膜,将纳米硫化铁作为改性剂添加到水相哌嗪单体中,通过界面聚合制备出nFeS改性聚酰胺纳滤(NF)膜.系列表征证明nFeS成功制备并负载到聚酰胺纳滤膜选择层中.nFeS改性聚酰胺纳滤膜在0.4 MPa操作压力下的渗透通量为65.7 L/(m²·h),对1 000 mg/L的Na₂SO4截留率为94.8%;随着nFeS添加量的增加,nFeS改性纳滤膜的抗菌性能逐渐增强.在NF膜具有较好渗透分离性能的前提下,改性NF膜对革兰氏阳性菌的抑菌率达到57%,对革兰氏阴性菌的抑菌率达到41%;同时,nFeS改性NF膜还具有较好的抗污染性.     

左氧氟沙星共混PVDF抑菌超滤膜的制备及性能表征

采用浸没沉淀相转化法制备了左氧氟沙星(LVFX)共混聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜,考察了左氧氟沙星作为添加剂对膜结构及性能的影响.采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)和接触角等表征手段,分析了左氧氟沙星在PVDF膜上存在及其对膜结构和亲水性能的影响规律.分别利用牛血清蛋白(BSA)静态吸附、循环通量衰减和抑菌圈、抑菌率评价了LVFX/PVDF共混膜的抗污染性能和抑菌性能.结果表明,左氧氟沙星稳定存在于膜上;随着左氧氟沙星添加质量分数的增加,共混膜的接触角由77.7°下降至62.1°,亲水性增强;共混膜的BSA静态吸附量下降,通量恢复率升高,不可逆污染指数在LVFX添加质量分数为0.6%时,降至11.8%,抗污染能力最佳;LVFX添加质量分数为0.3%时,即有抑菌圈生成,添加质量分数为0.6%时,抑菌率可达92.3%,抑菌性能优异.此外,一段时间运行的共混膜经再生后,仍能保持较好的抑菌效果.     

聚偏氟乙烯膜的研究进展

探讨和介绍了聚偏氟乙烯(PVDF)微孔膜、超滤膜、共混膜和改性膜近来的研究情况，提出开发高性能的疏水性微孔膜和小孔径亲水性超滤膜，并解决亲水性PVDF膜的耐污染问题，成为PVDF膜的主要研究方向、     

超滤膜在处理农药废水过程中的膜污染行为分析

由于高级氧化后的农药废水中含有大量小分子有机物,纳滤膜被应用于农药废水处理,但是,纳滤膜对进水水质有一定的要求,需要采用混凝-超滤法对高级氧化后的农药废水进行预处理.本文考察了混凝剂种类和用量对混凝效果的影响,并对3种孔径的聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维超滤膜在不同压力下的抗污染性能和临界操作条件进行了研究.结果表明,当聚合氯化铝(PAC)投放量为800mg/L,三氯化铁(FeCl_3·6H_2O)投放量为500mg/L,聚丙烯酰胺(PAM)投放量为10mg/L时,混凝-超滤组合工艺对废水中化学需氧量(COD_(Cr))、总磷(TP)、浊度、色度的去除率分别达到58.0%~59.1%、88.8%~89.7%、99.8%~99.9%、84%.平均孔径为20nm的PVDF超滤膜比平均孔径为11nm和40nm的PVDF超滤膜具有更高的临界通量和渗透性能.对膜污染、通量衰减模型的考察结果显示,孔内堵塞是导致孔径减小和通量衰减的主要原因.通过优化超滤膜孔径,能够显著降低膜孔堵塞现象,获得较高的运行通量.     

连续式平板刮膜机的制备及应用研究

应用非溶剂致相法,通过自主设计研发的平板刮膜机制备聚偏氟乙烯(PVDF)成品膜.为提高PVDF超滤膜的综合性能,以聚乙二醇(PEG)为成孔剂,以二氧化钛(TiO2)为添加剂,系统研究了PVDF固含量、成孔剂种类和含量以及TiO2纳米颗粒对PVDF超滤膜的微观形态以及通量和截留率的影响.结果表明,当PVDF固含量(质量分数)为22%,PEG-6000质量分数为17.5%,并且添加质量分数0.5%TiO2所制备的成品膜具有较高的综合性能,其纯水通量可达1 030L/(m2·h·0.1MPa),对胃蛋白酶的截留率可达76%.     

弱可见光催化活性La-TiO2-还原氧化石墨烯填充聚偏氟乙烯共混膜的构建

为提高聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜的通量及抗污染性能,首先利用吸附相反应技术耦合乙醇热处理制备La掺杂TiO₂-还原氧化石墨烯(La-TiO₂-RGO),再将其与PVDF共混制备La-TiO₂-RGO/PVDF抗污染超滤膜。结果表明,均匀分散于PVDF高分子中表面亲水的La-TiO₂-RGO增多,La-TiO₂-RGO/PVDF共混膜的水通量和抗污染性能也显著提升。当La-TiO₂-RGO/PVDF共混膜中出现团聚体,则会削弱其膜通量和抗污染性。在La-TiO₂-RGO填充量(与PVDF质量比)为2.0%时,La-TiO₂-RGO/PVDF共混膜具有最优纯水通量。La-TiO₂-RGO/PVDF共混膜最高纯水通量可达171.5 L·m?2·h?1,是PVDF膜的5倍以上,其通量衰减速率也明显低于PVDF膜。另外,由于La-TiO₂-RGO具有可见光催化活性,被污染后的La-TiO₂-RGO/PVDF共混膜经过光照处理后用水清洗,其膜通量恢复率较直接用水清洗后的通量恢复率大幅提高;热处理温度升高,La-TiO₂-RGO弱可见光活性增强,光照后La-TiO₂-RGO/PVDF共混膜通量恢复率变大。但过高热处理温度抑制了La-TiO₂-RGO中Ti3+形成,且削弱其光活性,La-TiO₂-RGO/PVDF共混膜通量恢复率反而下降;对于La-TiO₂-RGO填充量为2.0%的La-TiO₂-RGO/PVDF共混膜,被污染后分别采用直接水清洗、仅光照处理2 h、先光照处理2 h后水清洗的膜通量恢复率分别为79.28%、52.42%、90.01%。      

多壁碳纳米管/聚偏氟乙烯共混中空纤维膜的制备及表征

采用非溶剂致相分离(NIPS)法,添加羧基化多壁碳纳米管(MWCNTs-COOH)制备聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维超滤膜,研究了MWCNTs-COOH的添加量、管径对超滤膜性能的影响。通过扫描电镜、傅里叶红外光谱仪、X射线衍射仪分别研究了膜的形态、结构、晶型变化。结果表明,在MWCNTs-COOH质量分数为0.03%,管径为20~30nm时,中空纤维膜纯水通量、对牛血清蛋白(BSA)截留率、亲水性、抗污染性能达到最大。膜的拉伸强度、断裂伸长率相比纯PVDF膜显著提高,随MWCNTs-COOH添加量增加,先增大后减小且在0.03%达到最大;但随管径增大而减小。结果显示,质量分数0.03%,管径为20~30nm的MWCNTs-COOH制备出的中空纤维膜性能最优。     

Al2O3/TiO2/PVDF杂化超滤膜的制备及其性能研究

为提高聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜的亲水性,增强其在水处理中的抗污染能力,用无机纳米二氧化钛(TiO2)、氧化铝(Al2O3)与聚偏氟乙烯共混,采用相转化法制得无机改性有机高分子杂化超滤膜。采用杯式超滤装置考察了无机纳米颗粒的含量对杂化膜水通量的影响;测定了膜的纯水接触角、机械性能、截留效率和膜的孔径及孔径分布;采用扫描电子显微镜对膜表面进行观察。结果表明,纳米颗粒加入量为3%,TiO2与Al2O3的加入比为1∶1时,杂化膜的水通量较有机膜提高了79.5%,但截留率保持不变;杂化膜的机械强度最大增加41.6%;杂化膜的纯水接触角由未改性前的78.68°降至50.54°,亲水性得到明显改善;杂化膜的平均孔径增大,孔径分布更加均匀;纳米颗粒的加入增加了膜表面的孔密度,但没有改变膜断面的微观结构。杂化超滤膜不仅保持了PVDF膜的优良性能,而且增强了其强度、亲水性和抗污染性能。     

PVDF/EVOH共混膜制备及其抗污染特性的分析

用相转化法对聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜进行了乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)共混改性,系统考察PVDF/EVOH共混比和凝胶浴温度对共混膜性能的影响.并使用原子力显微镜(AFM)胶体探针定量测定了共混改性前后,亲/疏水性污染物与膜之间作用力的变化特点,结合宏观过滤实验解析添加EVOH对PVDF抗污染性能的影响.结果表明:PVDF/EVOH相容性最佳的共混比为9∶1.与纯PVDF膜相比,PVDF/EVOH共混膜的亲水性明显提高.共混膜的亲水性及拉伸强度随着凝胶浴温度的增大而增大,但是纯水通量随着凝胶浴温度的增大而减小.主要是因为高凝胶浴条件下膜表面有致密的皮层形成.膜-污染物间作用力及污染试验表明,添加EVOH后有效降低了膜-污染物间的相互作用力及相应的膜污染速率,表明了EVOH的引入能有效改善了膜的抗污染性.     

4A沸石分子筛/PVDF/SMA-g-PEG共混膜的制备及性能研究

为了提高聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜的水通量、抗污染能力和使用寿命,对PVDF膜进行亲水化改性.将有机-无机材料共混杂化,选取4A沸石分子筛作为无机添加剂引入PVDF/SMA-g-PEG有机基体中,制备4A沸石分子筛/PVDF/SMA-g-PEG杂化膜.分别采用扫描电子显微镜和傅里叶红外光谱仪观察了膜样品的表面结构.测定膜样品孔隙率达76.31%,纯水通量为700.30L/(m~2·h),对牛血清蛋白的截留率为65.5%,污染后纯水通量恢复率为94.6%,膜样品在100s内接触角的变化率逐渐增大.膜的拉伸强度和断裂伸长率在4A分子筛质量分数为16%时,与PVDF膜相比分别增长了84.9%和213.6%.4A沸石分子筛质量分数为16%的4A分子筛/PVDF/SMA-g-PEG共混膜的亲水性、抗污染性和力学性能均高于PVDF膜,故其应用前景广阔.     

聚两性电解质修饰聚偏氟乙烯膜的制备及抗污染性能

膜污染是膜分离技术广泛应用的瓶颈之一。文中通过自由基接枝聚合法将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)接枝到聚偏氟乙烯(PVDF)膜上构建聚两性电解质化膜表面。研究了改性前后膜表面结构和抗污染性能的变化。随着单体投料量增加,聚两性电解质的接枝率逐渐增加;接枝聚两性电解质后,膜亲水性逐渐增强,膜表面孔尺寸减小。与纯PVDF膜相比,改性膜具有较低的蛋白质吸附量;在牛血清蛋白(BSA)溶液渗透过程中,膜的不可逆污染向可逆污染转化。由于可逆污染可通过简单的纯水清洗得到抑制,改性膜具有较高的通量恢复率。这个结果证明了聚两性电解质的引入赋予PVDF膜良好的抗污染性能。     

PVDF/TiO_2-g-PSSA复合质子交换膜的制备及抗污染性研究

为了降低质子交换膜的膜污染,将亲水性纳米二氧化钛(TiO_2)颗粒掺杂到臭氧引发接枝得到的PVDF(聚偏氟乙烯)-g-PSSS(聚对苯乙烯磺酸钠)均聚物中,使用溶剂挥发法制得复合改性质子交换膜[PVDF/TiO_2-g-PSSA(聚对苯乙烯磺酸钠)].考察了不同TiO_2添加量复合改性膜的主要性能参数,获得最优掺杂比.通过耗散型石英晶体微天平(QCM-D)研究TiO_2复合改性质子交换膜及Nafion 117的膜污染行为及膜抗污染性能.将优化后的改性膜应用于微生物燃料电池(MFC)中考察膜对系统长期运行效能的影响.结果表明:质量分数1%TiO_2复合改性膜的质子交换性能良好,亲水性大大改善,对牛血清蛋白(BSA)的抗污染性强;对应的MFC运行6个月后,内阻增加12.4%,功率密度减小19.2%.Nafion膜表面更易形成较厚且致密的BSA吸附层,相应的MFC运行6个月后,内阻增加了21.5%,功率密度则降低了33.3%,证明自制改性膜更有利于微生物燃料电池长期运行的稳定性.