聚偏氟乙烯(PVDF)作为主要的超滤膜材料在水处理领域应用广泛,但因其亲水性较差易发生膜污染问题,限制了其在水处理领域的进一步推广应用。氧化石墨烯(GO)比表面积大、含有大量的亲水性官能团,因而具有极强的亲水性,是一种良好的亲水性无机添加材料。本文以聚偏氟乙烯(PVDF)为高分子聚合物,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为制孔剂,氧化石墨烯(GO)为亲水添加剂,采用浸没沉淀相转化法制备得到GO/PVP/PVDF复合超滤膜,提高了聚偏氟乙烯膜的亲水性和抗污染性能。主要研究结论如下:(1)采用改进的Hummers法制备得到GO纳米颗粒,系统的分析了其微观形貌、化学结构和分散性能。结果表明:GO为单片层结构或几个单片层的叠加,本研究所制备的GO单片层厚度约为1.5 nm。GO表面和边缘分布了大量的亲水官能团包括C=O、-COOH、C-OH等,表明氧化石墨烯具有极强的亲水性,同时也增大了层间距。氧化石墨烯在水、DMAc等极性溶剂中具有较好的分散性。研究所得的上述特性对GO/PVP/PVDF复合超滤膜的制备奠定了基础。(2)采用自制的氧化石墨烯纳米颗粒对PVDF纯膜进行亲水化改性。考察了GO添加量分别为0 wt%,0.1 wt%,0.3 wt%,0.5 wt%,0.7 wt%时对PVDF膜的化学结构、接触角、膜面Zeta电位、机械强度、孔隙率、平均孔径及渗透性能等的影响。结果表明:在GO添加量为0.3 wt%时,复合膜的机械强度最大,说明适量的GO纳米颗粒可以有效改善膜的机械强度;红外光谱结果表明复合膜面亲水性基团含量有效增加,接触角从74.61°(M0)减小到66.39°(M2),复合膜的亲水性增强;膜面Zeta电位显示复合膜膜面荷电量增大,膜的静电排斥作用增强,提高了膜的抗污染能力,GO的添加有效的提高了复合膜的孔隙率和平均孔径,在一定程度上增强了复合膜的渗透性能。(3)采用扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对膜的断面孔结构、表面形貌及粗糙度进行了观察和测定。SEM结果显示膜孔结构是由皮层和指状孔构成的复合不对称结构,相较于纯PVDF膜,GO/PVP/PVDF复合超滤膜的指状孔结构加长加宽,因此纯水通量有所提高,且纯水通量的增幅在10%~33%;同时,AFM的二维、三维图像分析结果表明复合膜粗糙度降低,减少了污染物在膜面凹陷处的累积,减缓了膜污染。(4)选择牛血清蛋白(BSA)、海藻酸钠(SA)和腐殖酸(HA)这三种典型污染物进行过滤实验;使用原子力显微镜(AFM)结合实验室自制的胶体探针定量测定了GO/PVP/PVDF复合超滤膜与BSA、SA、HA污染物之间的粘附力。将宏观过滤实验与微观作用力分析相结合,共同解析了GO添加量的不同对膜污染的影响。结果表明:GO/PVP/PVDF复合超滤膜对三种典型污染物进行过滤后发现,相较于纯PVDF膜,经GO改性后的复合膜通量衰减有效减缓,清洗后的通量恢复率提高,且当GO添加量为0.3 wt%时,复合膜的通量衰减率最小且通量恢复率最高,说明GO的添加有效提高了复合膜的抗污染能力。GO/PVP/PVDF-污染物(BSA、SA、HA)之间的粘附力均小于PVDF-污染物(BSA、SA、HA)之间的粘附力,这是因为GO的加入不仅增强了复合膜的亲水性,同时也增加了膜面荷电量,因此复合膜的水合作用和静电排斥作用增强,有效提高了复合膜的抗污染能力。综合分析宏观过滤实验与微观作用力的结果,发现膜-污染物之间的粘附力变化规律与宏观过滤实验结果保持一致,共同说明了GO/PVP/PVDF复合超滤膜较传统PVDF超滤膜具有较好的抗污染性能。(5)综合分析GO/PVP/PVDF复合超滤膜的膜孔结构特征、膜面理化性质以及对典型污染物的宏观和微观抗污染行为研究发现,虽然复合膜的性能均优于纯PVDF膜的性能,但是GO纳米颗粒在复合膜中的添加量并非越多越好,而应控制其添加量在合适的范围内。本研究认为,当GO的添加量为0.3 wt%时,GO/PVP/PVDF复合超滤膜的孔结构、理化性能及抗污染能力最优,而当添加量超过0.3 wt%时,反而会引起膜性能下降。