基于纳米材料共混超滤膜亲水改性与特性研究

摘要

高分子聚合物聚偏氟乙烯（PVDF）由于其良好的热稳定性、机械稳定性能和化学稳定性等特点而得到了广泛的应用，但其固有的表面能低和表面强疏水性较易与截留的污染物质相互作用，导致膜污染的快速发生和膜通量持续衰减，膜使用寿命降低，增加 PVDF膜应用过程中的成本。控制膜污染的有效途径之一是对膜材料进行表面亲水改性，本文分别采用纳米氧化铝（Al2O3）、纳米二氧化钛（TiO2）和氧化石墨烯（GO）三种纳米材料，通过共混的方法对PVDF超滤膜进行表面亲水改性，制备抗污染性强和亲水性高的改性超滤膜，为缓解超滤膜的膜污染提供技术支持。
　　采用共混法制备 PVDF/TiO2和 PDVF/Al2O3超滤膜，并对改性前后的性能特征和表面形貌进行系统比较，研究结果表明：共混纳米无机盐后的改性超滤膜表面亲水性显著提高、纯水通量增大，且未影响对有机物的截留效率。采用扫描电子显微镜（SEM）对超滤膜的形貌进行分析，结果表明，改性膜具有与未改性膜相似的致密结构和指状孔结构，纳米 TiO2和Al2O3无机盐颗粒较均匀的分布在膜表面，共混添加纳米颗粒未影响超滤膜的形貌结构。通过共混法制备PVDF/GO超滤膜，通过SEM表征分析显示，改性超滤膜表面微孔数量显著增多，断面中指状孔结构增大，超滤膜的水通量显著提升。共混 GO后的超滤膜亲水性提高，但是共混氧化石墨烯的超滤膜对牛血清白蛋白、酪氨酸、色氨酸类蛋白质、可溶性生物代谢产物、富里酸和腐殖酸类物质的截留效果显著下降。
　　优选出综合性能好的超滤膜研究改性亲水超滤膜的抗污染性能和抑菌抗生物型污染能力，在过滤腐殖酸、蛋白质和多糖等不同表面特性大分子有机物时，改性超滤膜的通量衰减速度及其不可逆污染阻力均显著低于未改性超滤膜，表明亲水纳米材料的共混显著提高膜的抗污染性能。将改性超滤膜用于膜生物反应器并处理实际污水，其跨膜压差(TMP）增长速度较未改性膜显著减缓，且膜生物反应器对COD、NH4+-N去除率可分别维持在95%、96%。同时，在抑菌抗生物型污染实验过程中也表明改性超滤膜表面的细菌数量和种群多样性均显著降低，表明其突出的抗污染能力。

目录

第1章 绪 论

1.1 研究背景及课题来源

1.2 超滤技术的介绍

1.3 超滤膜的亲水改性方法研究发展

1.4 研究目的与研究内容

第2章 试验材料与方法

2.1 试验方法和试验材料仪器

2.2 膜的制备

2.3 膜的性能表征及检测方法

2.4 试验装置

第3章 纳米无机盐改性超滤膜的制备和性能考察

3.1 基膜的制备

3.2 PVDF/TiO2超滤膜的制备及特性考察

3.3 PVDF/Al2O3超滤膜的制备及特性考察

3.4 本章小结

第4章 纳米氧化石墨烯改性超滤膜的特性研究

4.1 纳米氧化石墨烯的制备

4.2 PVDF/GO超滤膜的制备及特性考察

4.3 PVDF/GO超滤膜的表征

4.4 不同纳米材料改性超滤膜的对比分析

4.5 本章小结

第5章 改性超滤膜抗污染实验研究

5.1 超滤膜对腐殖酸抗污染性分析

5.2 超滤膜对蛋白质抗污染性分析

5.3 超滤膜对多糖抗污染性分析

5.4 改性超滤膜对生物污染的研究

5.5 超滤膜面向实际污水处理研究

5.6 两种纳米无机盐改性超滤膜的对比

5.7 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢