Fe3O4/PES超滤-吸附双功能膜的制备及其性能研究

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含砷废水对人类健康损害严重,研究含砷废水的高效治理技术重要意义。本文用传统共混法和新型反向灌装制膜法将Fe304微球固定在聚醚砜(PES)超滤膜中,构建出兼具超滤和吸附性能的双功能膜,开展了其对水中复合污染物同步去除的性能研究。主要内容如下:1、采用水热法合成Fe3O4微球。研究结果表明,Fe3O4微球具有较高的BET比表面积(31.9m2/g),其尺度约为250nm,内部有20nm的微小纳米颗粒组成。Fe304微球对五价砷的吸附容量大(525.6mg/g),吸附速度快,且几乎不受共存离子影响。2、通过传统共混法,在制备超滤膜铸膜液的过程中投加进不同量的Fe304微球,用非溶剂致相转化法制备超滤膜。再用热重分析仪、场发射扫描电镜、超滤性能评价装置和原子荧光光谱等仪器对共混膜的超滤和吸附性能进行分析。通过对超滤性能的测试,发现Fe3O4微球的添加会提高铸膜液的亲水性,所以由共混法制备出的超滤膜随着共混Fe3O4微球的增多,纯水通量也不断增高,共混了 0.3%Fe3O4微球的M4纯水通量最高,达到302.52L/m2/h。但是对牛血清蛋白(BSA)的截留率却经历了先增高再下降的过程,在共混0.1%的Fe3O4微球时,BSA截留达到96.97%,此时的纯水通量为267.32L/m2/h。通过对吸附性能的测试,发现随着共混Fe3O4微球的增多,共混膜对砷的吸附性能逐渐提高,其中M4对砷的吸附能力最强,达到2.51 mg/g。3、通过传统共混和反向灌装的两种方法将Fe3O4微球负载到超滤膜基体中,分别制备出了两种超滤-吸附膜,ml(共混膜)和m2(灌装膜)。将基膜(m0),传统共混法制备的超滤膜(ml)和新型吸附膜(m2)在结构、超滤性能以及吸附性能方面进行比较。发现m2保持了基膜较高的纯水通量和BSA截留率,分别为248.4L/m2/h和93.4%。而ml的超滤性能十分不理想,虽然纯水通量高达367.4 L/m2/h,但其BSA截留率只有69.7%。静置吸附和动态循环过滤吸附模式均被用来评估膜的吸附性能。发现对于静置吸附模式下,基于Fe304,共混膜的吸附效果(178.6mg/g)要略微高于新型超滤膜(132.8mg/g),而在循环过滤吸附过程中,新型超滤膜的吸附效果(288.6 mg/g)却远高于共混膜(141.4 mg/g)。另外,新型吸附膜也具有优异的再生性能。经过三次再生循环后,每平方米再生膜仍能处理2吨以上As污染水,与此同时能够保持着出色的超滤性能(纯水通量:217L/m2/h,BSA截留:95.4%)。在3个再生周期内,1m2的吸附膜可以处理7吨以上的含砷废水达到世界卫生组织规定的饮用水中标准砷浓度。所以,新型反向灌装制膜法为未来含砷废水的处理提供了新的方向。
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