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.     

银粒子修饰聚醚砜抗污染中空纤维膜的制备与性能研究

采用原位还原法制备的银粒子对聚醚砜中空纤维超滤膜进行修饰以提高膜的抗污染能力。以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为分散剂,乙二醇为还原剂,在聚醚砜溶液中将硝酸银还原成银粒子,同时采用相转化法制备中空纤维超滤膜。与未修饰的聚醚砜膜相比,经过银粒子修饰的聚醚砜中空纤维膜的抗污染能力和力学性能都得到明显提高,并且膜的初始水通量和截留率也高于未修饰的膜。当PVP含量为7.5%时,银粒子修饰的聚醚砜中空纤维膜的抗污染能力达到最强,膜的综合性能达到最佳:初始水通量为183L/(m2.h),截留率为94.5%,断裂强度为2.87MPa。在此条件下制备含银膜时,银的流失率仅为4.7%,每100g膜中银粒子的含量为4.55g。     

仿蜘蛛网结构油水分离膜的制备和性能探索

具有三维网络结构和亲水特性的水凝胶用于分离膜改性备受关注.以聚偏氟乙烯(PVDF)膜为基质,将羧甲基纤维素(CMC)通过自交联方式引入膜表面,制备了仿蜘蛛网结构的CMC-PVDF改性膜,对膜的油水分离性能、抗污染性能、机械性能等进行了考察.结果表明,相对于原膜,改性膜的油水乳液通量增加了4倍,达到612 L/(m~2·h),油水分离性能从74%提高到94%以上;改性膜具有较好的抗污染能力;相对于原膜,CMC-PVDF改性膜的弹性模量从3.647 MPa提高到14.86 MPa,伸长率从31.5%提高到58.4%,这与膜表面的仿蜘蛛网结构有关.通过所述方法得到了兼具较高分离性能、抗污染性能和机械性能的膜材料,对分离膜改性研究具有一定借鉴价值.     

TiO2改性静电纺复合超滤膜抗污染性能的研究

膜污染是制约超滤膜广泛使用的最重要因素之一,膜污染直接影响到膜的使用寿命及膜的分离性能.本文采用静电纺丝技术制备了PET/PVA纳米纤维复合超滤膜,通过溶剂浸泡处理复合膜,将PVA纳米纤维层溶胀并交联,形成具有抗污染性能的PVA表面致密层结构,所制备的复合纳米纤维超滤膜具有水通量损失率小、通量恢复率高的优点.通过在PVA中添加不同质量分数的TiO2进一步改善膜的亲水性和抗污染性能.使用死端过滤系统过滤10 mg/L腐殖酸溶液,测试结果表明:复合膜的分离性能和抗污染性能在一定范围内随着TiO2的增加而增大.亲水性TiO2的添加能够进一步增强PVA的亲水性,对复合膜抗污染性能的提高有重要作用.但是,TiO2的添加也会增大膜表面的粗糙度,不利于膜抗污染性能的提高,因此,TiO2有一个合宜的添加限度.     

载二氧化钛聚醚醚酮中空纤维膜光催化反应器的制备及性能

以二氧化钛(TiO_2)为光催化剂、聚醚醚酮(PEEK)中空纤维膜为基体,分别采用了溶胶-凝胶法、共混法及化学接枝法3种方法制备PEEK-TiO_2膜光催化反应器。通过扫描电子显微镜、X射线能谱、X射线衍射、热重分析等测试表征方法详细对比了PEEK-TiO_2膜的结构与性能;并以柠檬黄为模型染料测定了PEEK-TiO_2膜光催化反应器的光催化性能。结果表明,溶胶-凝胶法和化学接枝法制备得到的PEEK-TiO_2膜具有完整的表面及截面形貌,TiO_2主要分布在膜的表面,膜的亲水性和渗透性能得到提升。共混法制备得到的PEEK-TiO_2膜内部存在缺陷,TiO_2主要被包埋在树脂基体内部。光催化性能测试表明,溶胶-凝胶法、共混法和化学接枝法制备得到的光催化膜反应器对柠檬黄染料降解效率(5 h)分别为100%,1%和98.63%。重复实验表明,化学接枝法制备得到的PEEK-TiO_2膜反应器具有优异的重用性能,二次实验对柠檬黄的降解效率达到82.71%。因此,化学接枝法是PEEK中空纤维膜固定化负载TiO_2光催化剂的有效方法。     

巯基烯烃点击反应制备超疏水聚偏氟乙烯中空纤维膜及其加湿性能

为更好地发挥中空纤维膜加湿器的加湿作用,提高加湿性能,提出对中空纤维膜进行超疏水改性.利用溶胶凝胶法制备二氧化硅(SiO2),八乙烯基笼型倍半硅氧烷(OV-POSS)与巯基-聚二甲基硅氧烷(PDMS-SH)通过巯基烯烃点击反应形成POSS-S-PDMS聚合物,利用涂覆法将其涂覆在聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜表面.在膜表面与涂层、涂层与涂层之间均利用化学键连接以提高涂层的牢固度,制备了一种具有SiO2-PDMS-POSS稳定性涂层的超疏水复合膜.研究了光引发剂的质量分数、二氧化硅粒径影响因素对复合膜的影响,并对复合膜进行了表征.最终制备的复合膜接触角达到156°,加湿效率由48％提高为58.32％.     

聚合物中空纤维膜材料的研究进展

介绍了3种制备聚合物中空纤维膜的方法,并根据中空纤维膜最终的用途,分别介绍和总结了用于水处理与血液净化的中空纤维膜材料的研究进展.其中,重点介绍了为解决水处理用膜的强度低、寿命短、易受污染等问题,为提高膜的亲水性、抗污染性、抑菌性等性能而研发的几种重要的方法,如材料共混改性、表面化学改性、表面接枝改性、表面涂覆改性等.针对不同人工器官,如人工肾血液透析器,人工肝、人工肺氧合器等的临床用途,介绍了为提高膜的生物相容性、生物模拟化等方面而开展的工作.并展望了我国发展中空纤维膜的前景.     

TiO_2溶胶改性PVDF中空纤维超滤膜的亲水化研究

通过PVDF铸膜液中添加TiO_2溶胶,采用相转化法制备了PVDF-TiO_2中空纤维共混超滤膜,并经SEM-EDX、亲水性与超滤测试、以及抗污染实验等手段研究了TiO_2溶胶对PVDF中空纤维膜的结构和亲水性能的影响.结果表明:当TiO_2含量为4.5%时,膜的亲水性能较好,抗污染性有明显的改善,在保持截留率基本不变的情况下,纯水通量明显提高,由108L/(m~2·h)提高到244 L/(m~2·h);但过高的TiO_2含量会产生严重的纳米颗粒团聚现象而造成膜的各项性能指标下降.     

iPP/TiO_2杂化中空纤维微滤膜的制备及其油水分离应用

在热致相分离法制备聚丙烯(iPP)中空纤维膜的过程中,通过添加疏水性TiO_2纳米颗粒来提高膜的疏水性能,获得具有不同TiO_2添加量的iPP/TiO_2杂化膜.利用XRD、SEM、接触角测量仪以及光学显微镜等手段对膜的元素组成、形貌结构、疏水性以及油水分离效果等进行表征.结果表明,TiO_2的添加改善了膜的疏水性能,对油包水乳化液表现出优异的分离效果;当TiO_2的添加量为0.5%时,膜的接触角达到147°,平均孔径和孔隙率同步增大,杂化膜的油通量达到了纯膜通量的150%.此外,粒径在0.5～1.5μm范围内的油包水乳化液经iPP-Ti-5膜过滤后,其滤液中的水滴在光学显微镜下不可见.     

聚醚砜荷正电超滤膜的制备及对染料的分离研究

采用非溶剂相转化法制备了氯甲基聚醚砜/聚醚砜(CMPES/PES)共混膜,并在其表面进行季铵化改性,制得季铵化聚醚砜荷正电超滤膜。经过元素分析,季铵基团成功地接枝在膜的表面。实验对膜的亲水性能、抗污染性能及对染料的分离性能进行了研究。结果表明:季铵化改性膜的亲水性能和水通量显著提高,通量由原来的177L/m2·h增加到233L/m2·h;且改性膜的总污染指数(Rt)和水通量恢复率(FRR)均显著增大,这说明改性后的膜大大降低了不可逆污染。季铵化膜对碱性染料具有较好的分离效果,其中阿利新蓝(AB)的截留率大于90%。     

V_2O_5纳米线改性PVDF超滤膜的制备及其分离性能

水热合成出超亲水的V_2O_5纳米线,然后将其与PVDF铸膜液直接共混,制备出不同V_2O_5纳米线添加量的PVDF改性杂化超滤膜,系统地研究了V_2O_5纳米线对超滤膜结构和分离性能的影响.结果表明,随着V_2O_5纳米线添加量的增加,改性膜的孔隙率和孔尺寸逐渐增大,膜的亲水性也逐渐增强.当V_2O_5纳米线添加量为2.0%时,V_2O_5纳米线修饰PVDF膜的纯水通量达到621.98 L/(m~2·h),对BSA的截留率为92.5%.此外,抗污染实验表明,V_2O_5纳米线改性的PVDF超滤膜比未改性的PVDF超滤膜具有更强的抗污染性能.     

PVDF中空纤维膜改性研究(2)表面接枝两性离子制备抗污染性电解质响应PVDF中空纤维膜

利用化学引发原子自由基聚合(ATRP)方法,将两性离子3(甲基丙烯酰胺)丙基二甲基(3磺丙)胺(MPDSAH)接枝于聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜外表面,获得具有抗污染性能的电解质响应膜(PVDF-g-polyMPDSAH).随着接枝量的增加,表面改性PVDF膜的亲水性提高,蛋白质吸附量减少.改性PVDF膜的在过滤实验中显示出较好的抗污染性能.PVDF-g-polyMPDSAH膜的蛋白质吸附量随着溶液中NaCl浓度的增加而大幅降低.Na+和Cl-渗入polyMPDSAH支链亦会屏蔽MPDSAH正负偶极的相互作用,导致polyMPDSAH溶胀堵塞膜孔,减小膜的渗透通量.因此,PVDF-g-polyMPDSAH表面与蛋白质的相互作用及其电解质响应性使膜的渗透性得到了智能化地控制.这为两性离子改性PVDF中空纤维膜在蛋白质分离和净化等生物医药领域提供了更广泛的应用前景.     

用于膜生物反应器的仿生抗污染抑菌聚偏氟乙烯膜制备及其性能

利用聚多巴胺一步原位共沉积法，将聚乙二醇(PEG)和铜元素(Cu)仿生固定于聚偏氟乙烯膜(PVDF)表面，制备仿生抗污染PVDF膜。利用X射线光电子能谱和扫描电子显微镜，研究了膜表面固定PEG和Cu后PVDF膜表面结构、元素组成等的特征变化；同时利用接触角、动态渗透分离性能、抑菌性能等分析了表面仿生改性对PVDF膜表面抗污染性和抑菌性能的影响.结果表明，经过膜表面聚多巴胺与改性剂的一步原位仿生修饰，改性膜表面亲水性增强，可有效抑制有机蛋白质在膜表面的吸附污染和细菌在膜表面的黏附(BSA截留率95.2%;大肠杆菌抑制率100%;金黄色葡萄球菌抑制率100%);同时增强了改性膜渗透分离性能.在水处理领域尤其是膜生物反应器方面展示出潜在的应用前景.     

表面接枝改性聚酰胺复合反渗透膜及其性能研究

以甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)为单体、过硫酸钾-焦亚硫酸钠溶液为引发剂体系,通过在聚酰胺复合膜表面进行接枝聚合改性处理,得到亲水性聚酰胺复合反渗透膜.采用衰减全反射红外光谱、场发射扫描电子显微镜、接触角测量仪等仪器分别对膜表面的化学结构、表面形貌和亲水性能进行表征.结果表明,亲水性单体接枝改性提高了膜的亲水性和抗污染性能,且会影响膜的分离性能;当接枝单体HEMA溶液质量分数为4%时,制备的膜综合性能最好,脱盐率最高为99.67%,水通量为40.7 L/(m~2·h),亲水性和抗污染性能较好.     

膜蒸馏用抗污染PVDF复合膜的制备与研究

提高膜表面的疏水化及液体进入压力(LEP)是减缓膜蒸馏过程中膜污染问题的有效策略.以聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜为基膜,采用浸渍涂覆-固化法将乳液组装到PVDF膜表面,制备了具有抗污染性能的复合膜.探究了涂覆时间对膜的形貌及性能的影响,并考察了复合膜的抗污染和抗结垢性能.结果表明,当涂覆时间为20 min时,复合膜的水接触角达到115°,LEP达到0.75 MPa.在DCMD浓缩实验中,复合膜在分别处理质量分数3.5%NaCl、质量浓度50 mg/L的HA和14.7 mmo/L CaSO₄水溶液时,膜通量稳定,冷凝液电导率保持在10μS/cm以内,表现出优异的抗污染和抗结垢性能.此外,考察了中空纤维复合膜的稳定性.结果表明,复合膜在浓缩质量分数3.5%NaCl水溶液时,膜通量为16 kg/(m²·h),冷凝液电导率保持在15μS/cm以内,表现出良好的长期稳定性能.     

TiO_2改性层厚度对PVDF-TiO_2改性膜性能的影响研究

TiO_2纳米颗粒具有亲水、无毒、光催化活性和廉价易得等优点,在PVDF改性膜制备方面应用广泛.通过常规共混法制备的PVDF-TiO_2改性膜,大部分TiO_2颗粒被掺杂于较厚的大孔支撑层中,未充分发挥作用.通过分层刮膜的方式,控制含有TiO_2纳米颗粒的铸膜液的刮制厚度,制备了TiO_2改性层厚度不同的PVDF-TiO_2改性膜.实验发现,采用分层刮膜方式制备的M50改性膜中TiO_2添加量仅为常规PVDF-TiO_2改性膜(M250)的20%,但其纯水通量可以达到M250膜的90%.过滤BSA溶液和模拟生活污水并经过用纯水简单清洗后,M50膜通量恢复率(FRR)分别达到M250膜的99%和100%.提供了一种进一步提高PVDF改性膜经济性的新思路.     

聚电解质改性提高膜抗污染能力的研究进展

近年来,通过表面工程技术将亲水组分引入膜表面来改善分离膜抗污染性能的研究越来越广泛,聚电解质是带有可电离基团的长链高分子,具有良好的亲水性和可控的荷电性,将其用于分离膜改性中能有效提高分离膜的抗污染能力.本文系统综述了近年来聚电解质改性膜的制备方法和抗污染机理,并总结了聚电解质改性膜的表征方法和潜在应用领域,展望了聚电解质改性在提高分离膜抗污染性研究的发展趋势,以期为提高膜材料的性能和拓展其应用范围奠定理论基础.     

Fe3+/TiO2改性PVDF中空纤维催化膜的制备及表征

通过干-湿相转化法制备Fe3+/TiO2改性聚偏氟乙烯中空纤维膜,研究了不同聚合物浓度、改性溶胶量、致孔剂对中空纤维膜性能的影响,并对改性后PVDF中空纤维膜的微观结构、膜成分和催化活性进行了测试.结果表明:随着聚合物浓度的增大,中空纤维膜的水通量减小,截留率增加;改性溶胶的添加,显著提高了膜的亲水性和孔隙率,但机械性能有所降低;添加无水LiCl形成的孔多为网络状孔;高分子致孔剂有助于成指状孔,且水通量、截留率都有很大改善.Fe3+/TiO2/PVDF膜有较强的催化过氧化氢的能力.     

两性离子聚合物功能化改性PVDF膜及其性能研究

通过活性自由基聚合用羧酸甜菜碱丙烯酸甲酯(CBMA)和苯乙烯(St)制备了一种含有两性离子的聚合物P(St_x-co-CBMA_y),并将其作为添加剂,采用非溶液致相分离(NIPS)法制备了改性聚偏氟乙烯(PVDF)膜,并对膜性能进行测试研究.通过ATR-FTIR及XPS分析可知,改性膜表面出现两性离子聚合物的富集.两性离子的加入对膜的微观结构有明显影响,改性膜的孔隙率及膜厚明显增加.两性离子聚合物的加入改变了膜表面电荷分布,膜的等电点升高,对膜的抗污染性能具有一定的影响.改性膜在静态吸附条件下(pH=5.3)对1.0 g/L牛血清蛋白(BSA)和溶菌酶(LYZ)的吸附量明显降低,具有优异的抗污染性能.用改性膜对BSA和海藻酸钠(SA)进行动态过滤,结果表明,改性膜M-P1对BSA及SA的污染大部分为可逆污染,膜具有较高的通量恢复率.     

超滤/微滤膜的结构控制与性能

膜材料是膜技术的核心,膜材料制备过程中的结构控制对膜性能起着决定性的作用.首先简要介绍了近年来国内外UF/MF膜技术与产业的现状,在此基础上综述了研究组近年来在TIPS法制备聚乙烯(PE)中空纤维微孔膜、双向拉伸法制备聚四氟乙烯(PTFE)微孔膜、熔融-纺丝法制备聚偏氟乙烯(PVDF)微孔膜、溶液相转化法制备PVDF超滤膜的膜结构控制和表面改性方面取得的研究进展.