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近年来,随着膜技术的迅猛发展以及膜分离在自来水净化工艺中的广泛应用,以超滤为核心的臭氧氧化-生物活性炭吸附-超滤(O3-BAC-UF)组合工艺渐渐成为饮用水的第三代净化工艺。但许多超滤膜不耐臭氧氧化的事实,使得对超滤膜的臭氧耐受性能研究显得尤为重要。
本文对五种常用的中空纤维膜如聚偏氟乙烯(PVDF)、聚醚砜(PES)、聚丙烯腈(PAN)、聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)进行了臭氧破坏性测试,考察了其对臭氧的耐受性;将五种膜分别用浓度为500mg/L,100mg/L,50mg/L的臭氧水处理30天,并测试膜丝的纯水通量、始泡点压力、爆破压力、拉伸强力以及断裂伸长率随臭氧处理时间的变化,直至膜丝发生氧化断裂。结果表明,PP、PE膜均在一天时间内粉化;PES膜则在15天后发生粉化;PAN膜没有发生粉化,但其水通量及机械强度下降严重;PVDF膜也没有发生粉化,其纯水通量变大,但其机械性能几乎没有变化,PVDF抗臭氧性好于其他4种膜材料。考察了超滤膜常用的致孔剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)K系列和聚乙二醇(PEG)对超滤膜的耐臭氧性能影响;将用非溶剂致相分离法制备的含PVP-K90的PVDF膜、PES膜、PAN膜,以及用蒸发溶剂法制备的含PVP-K15、PVP-K30、PVP-K60、PEG-400、PEG-1000的PVDF和PES致密膜用臭氧进行处理,并测量臭氧处理过程中,膜的纯水通量和机械性能的变化。结果表明,对于多孔膜,添加PVP-K90后,在臭氧处理时,PVDF多孔膜的纯水通量会变大,但机械性能变化不明显;PVP-K90能够提高PES多孔膜的耐臭氧性能;PVP-K90暂时延缓了PAN膜的氧化,但不会从根本上改善PAN多孔膜的耐臭氧性能。对于致密膜,PEG的添加会使PVDF致密膜的耐臭氧性能下降,而PVP-K系列添加剂对PVDF膜的耐臭氧性能影响较小;加入PEG和PVP-K系列添加剂的PES致密膜的耐臭氧性能比纯PES致密膜差,但PVP-K系列分子量越高,添加剂PVP对PES致密膜的耐臭氧性能影响越小。此外,考察分析了影响膜的耐臭氧性能的其它因素,高聚物膜的结晶度越高,膜的耐臭氧性能越好;高聚物分子链上取代基的电负性越强、空间位阻越大、共价键的键能越大,则高聚物越难以被臭氧氧化断链。