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随着工业的不断发展,水污染问题日益严重,膜分离技术已成为污水处理的重要环节,但膜污染成为制约其发展的重要因素。聚偏氟乙烯(PVDF)具有化学稳定性、热稳定性好,无毒廉价等特点,是常用的膜材料之一。然而PVDF的疏水性导致其在应用过程中容易受到污染造成膜通量的降低,阻碍膜的应用范围,影响膜的使用寿命。
本研究选择添加一维结构的系列纳米材料,通过相转化法制备出功能化PVDF杂化膜。利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、接触角、超滤测试、阻力分析、静态吸附等表征方法对功能化PVDF杂化膜的微观结构、分离性能、亲水性和抗污染性能展开研究。另外,本研究分别探讨了三种具代表性的有机污染物(牛血清蛋白BSA、腐殖酸HA和海藻酸钠SA)最佳清洗方式的选择。
结果表明,向PVDF膜材料中混入适量的TiO2纳米管(TNT),能改善膜结构和膜性能。杂化膜的皮层变薄,微孔数增多;膜的纯水通量大幅提高,增幅达到45%,TNT表面富含羟基使得膜的亲水性和抗污染性均有一定程度的提升。而过量的添加量会导致TNT在膜表面和膜孔内发生团聚现象,引起通量下降。对TNT进行表面修饰,可使纳米材料分散性能得到改善,更有助于其发挥自身优异性能。
抗污染性能测试显示,功能化PVDF杂化膜亲水性的提高能够弱化膜和污染物之间的物理化学作用力,同时,膜表面能的增强使膜与污染物之间的静电排斥作用增加,因此功能化PVDF杂化膜呈现出良好的抗污染能力。其中,与PVDF膜相比,M-IOT的MFI值下幅达53%,HA的吸附量下降了16%,M-IOT的抗污染能力最佳。
膜清洗实验的结果表明,杂化膜M-IOT具备一定的自清洁能力。BSA污染后,采用“太阳光/水”体系清洗,通量恢复率达到80%左右;HA污染后进行绿色清洗,通量恢复率接近90%,效果好于化学清洗,且稳定性好;SA污染后,需采取反冲洗和光清洗相结合的清洗方式,最终通量恢复率为87.9%。由此可见,“太阳光/水”的光清洗工艺能使膜性能基本恢复。