两亲性三嵌段PDMAEMA/PMMA聚合物共混改性PVDF膜的制备与性能表征

为了制备pH刺激响应型智能膜,并为膜改性提供结构可控的两亲性聚合物共混改性剂,以聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(PDMAEMA)为亲水链段、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为疏水链段,通过RAFT聚合合成两亲性三嵌段聚合物PDMAEMA-b-PMMA-b-PDMAEMA(PDMD),采用1H-NMR对其化学结构进行了表征.以PDMD作为改性剂,通过NIPS法制备PVDF改性膜,采用ATR-FTIR、XPS、SEM和接触角测定仪对PDMD/PVDF改性膜的表面化学结构、微观形貌和亲水性进行了表征.结果表明:随着聚合物改性剂的增加,PDMD/PVDF改性膜表面PDMAEMA含量增加,改性PVDF膜的初始接触角由纯膜的108.9°降低至92.4°,纯水(pH 5.2)通量由纯膜的15.0 L/(m2·h)增大至250.0 L/(m2·h);并且改性膜随着纯水pH值的逐渐减小,膜通量减小,纯水pH值从11降到3时,通量从225.6 L/(m2·h)降至91.2 L/(m2·h).因此PDMD的加入改善了PVDF膜亲水性,可为pH刺激响应型智能膜的构建提供新材料.     

聚丙烯腈膜改性制备正渗透复合膜基膜

为提高聚丙烯腈(PAN)膜的亲水性,在聚丙烯腈膜表面接枝超支化聚乙烯亚胺(HPEI),得到亲水性的PAN膜;然后用界面聚合方法在膜表面涂覆一层聚酰胺层,得到正渗透复合膜.测试结果表明:水接触角由64.5°降到23.4°.与PAN膜相比,PAN-g-PEI孔径减小,制备得到的正渗透复合膜水通量下降,由7.4 L/(m2·h)降至3.5 L/(m2·h);反向溶质渗透通量下降,由38.7 g/(m2·h)降至22.2 g/(m2·h).这说明接枝聚乙烯亚胺的聚丙烯腈膜(PAN-g-PEI)亲水性得到明显改善.     

含羟基丙烯酸酯改性聚砜膜的制备及性能表征

采用紫外辐照法分别将3种含羟基丙烯酸酯单体丙烯酸羟乙酯(HEA)、丙烯酸羟丁酯(4HBA)和丙烯酸三羟甲基丙烷单酯(TMPAA)接枝到聚砜(PSF)中空纤维膜上,制备了含羟基丙烯酸酯改性的亲水性聚砜膜.用衰减全反射傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)和场发射扫描电镜(FESEM)对接枝改性前后膜的结构和形貌进行了表征,研究了单体浓度、辐照时间对接枝密度的影响,通过水接触角和纯水通量测试研究了接枝前后膜表面的亲水性.结果表明:在相同接枝条件下,几种单体在膜表面的接枝密度顺序为HEA4HBATMPAA;在相同接枝密度时,TMPAA改性膜的亲水性大于4HBA和HEA改性膜;当TMPAA的接枝密度为3.02 mmol/m~2时,膜表面水接触角由原膜的80°下降到改性膜45°,纯水通量也由原膜的115L/(m~2·h)提高到改性膜的173 L/(m~2·h),膜表面亲水性明显增加.     

水动力条件对MBR中超滤膜不可逆污染的影响

为考察MBR处理微污染水过程中水动力条件对超滤膜水力不可逆污染的影响,介绍了水力不可逆膜污染的计算方法,探讨曝气、反冲洗、通量、水温等运行参数的影响并进行优化.结果表明:间歇曝气时,曝气时间、强度及反冲洗时间的选取需考虑MBR的净水效能,实验条件下,2 min的曝气时间是必需的,较优的曝气强度为30~36 m3/(m2·h);较长的反冲洗时间有利于控制膜的不可逆污染,反冲洗时间的确定尚需考虑超滤系统的产水率;过滤通量显著影响超滤膜的不可逆污染速率,PVDF、PVC膜的过滤通量分别不应高于31.5,14.0 L/(m2·h),长期运行中膜污染的评价尚需考虑温度的影响.     

预处理对阈通量的影响

选择合适的阈通量是超滤膜在城市水处理工艺应用成功与否的关键问题之一,为此,使用聚偏氟乙烯(PVDF)过滤原水、混凝水、沉后水和滤后水,通过通量循环法求解不同水质的阈通量,分析不同预处理对阈通量的影响.结果表明:原水的有机物和浊度高,不可逆阈通量为11 L/(m2·h);通过混凝沉淀沙滤后,不可逆阈通量大于55 L/(m2·h).过滤沉后水和滤后水的阈通量相似,建议在沉后直接安装超滤设备.     

高负载氧化铝复合膜的制备及其油水分离性能

为提升聚砜膜的亲水性与抗油污染性能，采用共混亲水性无机纳米粒子——氧化铝的方式对其进行改性。通过非溶剂诱导致相转化法制得Al₂O₃/PSF复合膜，系统研究氧化铝与聚砜的质量比对铸膜液黏度、膜结构、孔隙率、力学性能、膜渗透性能和油水分离性能的影响。结果表明：当氧化铝与聚砜的质量比为7:1时，膜的孔隙率为78.04%，水接触角为37°，纯水通量达到最高的1 500 L/(m²·h·bar)(1 bar=100 kPa)，油水乳液的渗透通量为320 L/(m²·h·bar)，并且除油率高于99%。与改性前相比，该膜展现了优异的油水分离性能。     

纳滤预处理吡虫啉农药废水的试验

目的 研究纳滤处理高质量浓度难降解吡虫啉农药废水的适用性与应用效果.方法 采用不同类型纳滤膜处理吡虫啉农药废水,考察进水水质、操作压力对膜通量、污染物去除率的影响.结果 试验表明,DK膜通量稳定但去除效率有限,在操作压力1MPa时,膜通量为12 L/(m2·h),对COD、NH3-N、TP、电导率去除率分别为65%、64%、76%、51%.NF90膜的去除效果优于DK膜,但渗透液通量较低,在操作压力1.4MPa时,对各种污染物的去除率在85%～99%,膜通量6.6 L/(m2·h),并随进水质量浓度上升衰减明显.结论 将DK-NF90纳滤膜串联使用,可使系统对各种污染物去除率大于94%,膜通量提高至12 L/(m2·h)以上,满足应用要求.通过合理选型、优化组合,可以发挥各级膜功效,强化不同类型膜的应用优势.     

辐照接枝改性对PVDF中空纤维膜性能的影响

采用高能电子束辐照接枝改性方法对PVDF中空纤维膜进行丙烯酸亲水化接枝改性,研究了辐照接枝改性对膜的表面亲和性和物化稳定性的影响.结果表明:改性膜的亲水性、纯水通量和对牛血清白蛋白的截留率较原膜均有明显提高,接枝率为17.8%时膜的水接触角由87°降至46°,接枝率为6%时膜纯水通量达到最大值1029 L(/m2·h),接枝率大于2%时膜对牛血清白蛋白的截留率基本大于90%;随着接枝率的提高,膜的拉伸断裂强力略有增加,断裂伸长先提高后下降,但变化不明显;经适宜浓度酸碱处理后,改性膜的力学性能和通量均保持较好水平,满足膜的使用及维护时物理清洗和化学清洗的要求.     

超滤过程中蛋白质的空间分布规律

为了研究超滤过程中蛋白质对膜污染的贡献,以异硫氰酸荧光素(FITC)对牛血清蛋白(BSA)进行标记,通过激光共聚焦显微镜(CLSM)观察聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维超滤膜过滤过程中BSA的膜相分布,探讨过滤通量及多巴胺改性对PVDF超滤膜过滤性能的影响。结果表明:在超滤过程中,BSA在疏水作用下逐渐吸附在膜孔内壁,表现出由表及里的BSA附着现象;当过滤通量由120 L/(m~2·h)提高至240 L/(m~2·h)时,BSA在膜内的附着量和过滤阻力均无显著变化;而经多巴胺改性后由于膜表面吸附的BSA量下降可使得过滤阻力比未改性时降低了40%。     

PEO正渗透膜的制备与表征

为提高正渗透膜的抗污染性能,以O,O′-二(2-氨基丙基)聚丙二醇-嵌段-聚乙二醇-嵌段-聚丙二醇和均苯三甲酰氯(TMC)为水相、油相反应单体在聚砜基膜上进行界面聚合,制备聚环氧乙烷(PEO)亲水型聚酰胺正渗透膜(PSf-Jeff/TMC复合膜),采用红外光谱、X光电子能谱和水接触角等手段研究选择分离层的化学结构和亲水性能,考察界面聚合时间、反应单体浓度和后处理温度等制备条件对正渗透膜渗透分离性能的影响,并以牛血清蛋白作为污染物分析其抗污染性能.结果表明:聚合时间30 s、TMC质量浓度1.5 mg/m L、水相单体质量分数3%、热处理温度为60℃时所制备的PSf-Jeff/TMC正渗透膜,在1 mol/L氯化钠、室温条件下测得水通量1.75 L/(m~2·h),反向盐通量140 g/(m~2·h);与间苯二胺复合膜PSf-MPD/TMC相比,PSf-Jeff/TMC复合膜接触角更小,亲水性能更好,具有一定的抗污染性能,通量恢复率达到91.4%.     

PVDF纳米纤维膜的制备及其油水分离性能

针对静电纺丝纳米纤维膜孔径偏大的问题,以聚偏氟乙烯(PVDF)为成膜聚合物,N,N-二甲基甲酰胺(DMF)/丙酮为混合溶剂制得纺丝液,采用静电纺丝技术制备PVDF纳米纤维膜,并研究聚合物浓度对纳米纤维膜孔结构及油水分离性能的影响。结果表明：增大纺丝液浓度会明显提高PVDF纳米纤维直径,使得纳米纤维直径分布变窄;当PVDF质量分数为14%时,所得PVDF纳米纤维膜具有较好的表面形貌和拉伸强度;油水分离结果表明,重油体系(二氯甲烷+水)通量最大达2 900.86 L/(m²·h),分离效率高达99.5%,高粘附油体系(玉米油+水)通量最小为32.98 L/(m²·h),分离效率仅有91.7%。在进一步的油包水乳液分离过程中,PVDF纳米纤维膜(M-3)具有的油水分离通量为7.9 L/(m²·h),分离效率高达97.6%。     

凝固浴组成对聚醚砜/磺化聚砜共混膜结构及性能影响

为考察不同凝固浴组成对聚醚砜/磺化聚砜共混膜结构及性能的影响规律,以聚醚砜(PES)、磺化聚砜(SPSf)为膜材料、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂、聚乙二醇(PEG)为致孔剂、H_2O为非溶剂添加剂,采用浸没沉淀相转化法制备PES/SPSf共混超滤膜,对所得共混膜进行SEM、纯水通量、BSA截留等性能表征,分析凝固浴组成亦即不同盐种类对PES/SPSf共混膜结构及性能的影响规律.结果表明:在不同凝固浴条件下所得PES/SPSf共混膜均为海绵体结构;当纯水作为凝固浴时,膜的纯水通量最低(920 L/(m~2·h));当在凝固浴中添加盐时,所得膜的皮层厚度明显降低,特别当凝固浴为NaCl饱和溶液时,所得膜的皮层厚度仅为2.5μm,同时具有最低的静态水接触角(64°),纯水通量为1 024 L/(m~2·h).     

碳化硅陶瓷膜处理工业废水的工艺特性研究

采用错流过滤法研究了碳化硅陶瓷膜对稀磷酸+矿浆、磷酸一铵料浆和含油切削液三种工业废水的处理效果及工艺特性,分析了过滤时间和跨膜压差对碳化硅陶瓷膜膜通量的影响规律,研究了反冲洗次数对碳化硅陶瓷膜通量的恢复规律。实验结果表明:以孔径为0.5μm的碳化硅陶瓷膜,在跨膜压差为0.14 MPa,过滤时间为20 min的条件下过滤上述三种工业废水,滤液中悬浮物的含量分别为54 mg/L、49 mg/L、16 mg/L,均满足《污水综合排放标准》中的排放标准且膜通量随着过滤时间的延长逐渐下降,在16 min达到平衡;当跨膜压差为0.2 MPa时,碳化硅陶瓷膜对含油切削液的过滤效果最好,滤后水的含油量和悬浮物含量分别为0.78 mg/L和9.35 mg/L,满足排放要求。被污染后的陶瓷膜,利用气水混合反冲洗5次后,膜通量从250 L/(h·m~2)恢复至406 L/(h·m~2),恢复率达到97%以上。     

磁场对混凝-膜过滤工艺中铁盐聚合态的干预机制

为提高氯化铁混凝剂的混凝性能并减少膜污染,以四氧化三铁为磁种,利用剩磁对氯化铁混凝剂聚合态进行调控,并进行混凝-膜过滤实验,分析磁化干预对混凝剂形态分布和处理效果的影响。结果表明:在0.2 T的磁干预强度下磁化之后的磁种悬浊液存在剩磁,磁化3 min时,剩磁达到最大;水解过程中Fea逐渐转化为Fec,而通过外磁场干预,一定程度上抑制了混凝剂由低聚态向高聚态的转化,且剩磁越大,低聚态含量越多,被磁化3 min的磁种影响后70 mg/L的氯化铁溶液中Fea+b约占总铁含量的26.3%,比不磁化和磁化9 min时分别高出了8.2%和5.7%;在混凝-膜过滤过程中,磁化3 min时絮体尺寸最大,约为750μm,膜通量为105 L/(m2·h),远大于直接过滤的膜通量45 L/(m2·h),膜通量下降最慢,反洗之后膜通量恢复到90%以上,恢复程度最佳。。     

超滤技术处理高盐卤水中试实验

采用"自清洗过滤器+超滤系统"组合技术处理山东海化集团高盐度地下卤水,作为纳滤单元的预处理工艺.采用天津膜天膜科技股份有限公司的外压式中空纤维超滤膜,进行膜通量和清洗频率2种工艺参数的优化,根据实验数据和理论数据分析得到了CEB清洗对膜污染控制效果,并且进行小试,优化了清洗药剂的选择.经过一段时间试运行,结果表明:膜通量为40 L/(m2·h)时为最佳膜运行通量,膜设备在此通量下可以长期稳定运行,并且回收率始终保持95%左右;CEB清洗效果较好;超滤出水未检测出藻类,说明对藻类去除效果较好,超滤出水浊度基本在0.1 NTU以下,出水SDI15小于3,平均出水TOC为11.7 mg/L,满足后续纳滤进水要求.     

聚丙烯中空纤维膜的超疏水改性

对膜蒸馏用聚丙烯中空纤维膜进行超疏水改性可以提高膜蒸馏产品品质以及增加膜组件的使用寿命.用溶胶-凝胶法将二氧化硅粒子加入到聚丙烯溶液中制成溶胶,以聚丙烯中空纤维膜为基底,用相分离的方法将溶胶涂覆到聚丙烯中空纤维膜的表面,再用具有低表面能的1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷对涂覆后的中空纤维膜进行修饰,并对超疏水聚丙烯中空纤维膜进行膜蒸馏的实验.结果表明:0.3 g的二氧化硅和0.7 g的聚丙烯形成的溶胶制备的超疏水中空纤维膜的接触角为157°,在60℃下的3.5%氯化钠溶液中,通量达到216.96 g/(m~2·h),截留率从91%提高到99%.因此对聚丙烯中空纤维膜的超疏水改性可以明显增加膜蒸馏通量和截留率.     

硅氮烷疏水改性介孔分子筛填充PDMS制备杂化复合膜及渗透汽化性能

采用硅烷偶联剂对介孔分子筛疏水改性,并将其掺杂在聚二甲基硅氧烷(PDMS)中涂覆在聚砜基膜上制备有机无机杂化复合膜.对疏水改性介孔分子筛进行了BET测试及FT-IR等表征.BET测试结果显示,改性前后孔径分布发生明显变化;从FT-IR图中看出,改性后介孔分子筛的羟基峰明显减小甚至消失并且出现烷基等特征峰.通过扫描电镜(SEM)观察了有机无机杂化复合膜的形貌结构,并研究了分子筛添加量、料液浓度和操作温度等对杂化复合膜渗透汽化性能的影响.结果表明:采用1,1,3,3-四甲基二硅氮烷对介孔分子筛疏水改性最有效;疏水改性后介孔分子筛/PDMS杂化复合膜对醇/水溶液有较好的分离效果,当分子筛填充质量分数为20%、操作温度为40℃、进料液质量分数为3%时,杂化膜对乙醇/水体系的分离因子最高为9.8,渗透通量为1 002 g/(m2·h),对正丁醇/水体系的分离因子最高为65.4,渗透通量为1402 g/(m2·h).     

表面接枝聚季铵盐型抗菌超滤膜的制备及表征

为了提高超滤膜在水净化和废水处理领域的抗微生物污染能力,以甲基丙烯酸二甲氨基乙酯-丁基溴化铵(DB)为季铵盐单体,利用可逆加成-断裂链转移自由基聚合合成了聚季铵盐(PDB),通过傅里叶红外光谱和核磁共振氢谱对聚合物进行了化学结构表征;然后,以多巴胺仿生粘附涂层为二次反应平台,将PDB接枝到聚偏氟乙烯超滤膜表面,研究了不同PDB反应液的浓度对改性膜的表面化学结构、亲水性、渗透性能和抗菌性的影响。结果表明:接枝聚季铵盐的改性膜的亲水性显著提高,当PDB反应液质量浓度为1.0 mg/mL时,膜的纯水通量达到191 L/(m~2·h)(0.1 MPa),其通量是纯膜的1.14倍;对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率均达95%以上,展现出优异的抗菌性。     

超滤直接过滤微污染水的膜污染清洗研究

针对微污染珠江水会对超滤膜产生的无机物、有机物、微生物等污染,利用超滤直接过滤珠江水,采用多种化学清洗剂对超滤膜进行了清洗试验,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:酸、碱、NaC1O溶液对膜通量的恢复都有一定的效果,但是都不能使膜通量恢复到初始水平,NaC1O对超滤膜膜通量的恢复效果优于单一NaOH碱溶液、HCl清洗、柠檬酸清洗效果;NaOH和NaClO、NaClO和表面活性剂复合清洗剂对膜通量的恢复均有较好的效果,3.0 g/L NaClO和2.0%NaOH复合溶液、2%NaOH、3.0 g/L NaClO和0.25%SDS复合溶液清洗后膜通量恢复率高达98%以上。     

离子液体[Bmim]Cl改性PVDF膜的制备与性能

为改善聚偏氟乙烯(PVDF)膜的亲水性,提高其过滤性能和抗污染性能,以离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([Bmim]Cl)为添加剂,通过共混法和热致相分离法(TIPS)制备改性PVDF超滤膜;探究离子液体添加量对膜的水接触角、水通量、截留率和通量恢复率等的影响,并利用EDX表征[Bmim]Cl在膜表面的分布状态,通过SEM观察膜的微观结构。结果表明:[Bmim]Cl在膜表面均匀分散,改性膜的水接触角明显变小,亲水性得到较大改善;随着[Bmim]Cl质量分数提高,膜中指状孔变少,粒子堆积状态愈发明显,膜皮层厚度先减小后增大,水通量和截留率变化趋势与之相反,而通量恢复率逐渐提高;当[Bmim]Cl质量分数为0.25%时,改性膜水通量达到峰值,约为80 L/(m~2·h),比纯PVDF膜提高61.1%;当[Bmim]Cl质量分数为0.50%时,改性膜皮层最薄,截留率达到最大值95%左右,通量恢复率达86.4%,比纯PVDF膜分别提高了38.4%和17.9%。