二重粗糙表面亲水EVAL超滤膜抗污染特性研究

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污染现象是制约膜过程广泛应用的瓶颈,尤其对于超滤过程而言,探究膜污染机理和开拓遏制膜污染的新方法已成为超滤领域内的关注热点。本文以处理聚合物超滤膜为起点,以解决超滤膜污染为研究点,采用浸没侵蚀、浸没侵蚀-320目辊筒辊轧、浸没侵蚀-220目辊筒辊轧的处理方法,制备了不同膜表面形貌的EVAL超滤膜,期待特殊表面形貌发挥抗污染性能。采用场发射扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)对不同方法处理的膜表面进行表征,结果表明:浸没侵蚀-辊筒辊轧法对于改变膜表面粗糙度确有其用,与基膜相比,粗糙度增大。通过SEM观察膜表面、断面形貌,再辅以膜孔隙率、截留率的测量,结果表明:浸没侵蚀-辊筒辊轧法可以改变膜表面皮层形貌,但并未改变膜原有的不对称结构。通过测量不同处理方法制备的膜静态接触角,以及计算纯水通量,结果表明:此种膜表面物理改性方法增大了对水分子的亲和能力,但也在其中造成差异,这说明辊轧处理与模板目数是影响膜亲水性的两方面因素。为了进一步考察膜表面形貌对于膜污染的影响,选用牛血清蛋白(BSA)作为超滤膜分离特性和抗污染性的研究物系,通过静态污染、动态过滤两方面的实验,对比了引入污染物前后膜表面的污染形态、接触角变化、通量变化,接着测量了几种膜的通量恢复率、总污染指数、可逆污染指数和不可逆污染指数,发现:侵蚀辊轧操作给予膜表面特有的粗糙度结构,此种结构对于BSA吸附有显著降低,通过电镜照片反映出320目辊轧膜表面吸附BSA情况最低,另外0.15MPa下320目辊轧膜的通量恢复率为79%,高于其它三种膜。膜表面形貌与污染物粒径大小关系角度、污染物颗粒受膜表面微凸体斥力角度分析320目辊轧膜抗污染的原因。基于一些考察超滤膜抗生物污染的研究方法,制备了初级大肠杆菌工作悬浮液,通过静态生物膜污染、动态过滤渗透通量的实验方法,主要探讨生物菌体、溶液杂质在膜表面的吸附和生物污染对膜通量衰减的影响,前者使用扫描电子显微镜、激光共聚焦显微镜直接观察,结果发现220目辊轧膜加剧了膜表面对菌体的吸附,图中相同膜面积下出现的长丝状菌体更多,激光共聚焦显微镜下的荧光区域表明320目辊轧膜吸附污染物量最少,同时表面结构保持清晰。动态过滤实验表明,320目辊轧膜对大肠杆菌稀释液的渗透通量最大,为25°C纯水通量的91%,这显示侵蚀-辊轧处理对于减少细菌吸附和易清洁角度效果。
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