三种常用纳米材料对PVDF超滤膜水处理效能的影响

摘要

超滤膜使用过程中最大的限制因素——膜污染，一直未得到根本解决，研究并开发新型抗菌抗污染膜是解决膜污染的重要方法。本课题选择常用纳米材料(ZnO、Ag、TiO2)改性聚偏氟乙烯(PVDF)膜，通过对超滤膜一些基本性质和抗菌性能的试验测定，研制出具有高性能、高抗污染抗菌能力的超滤膜。
　　三种常用纳米材料改性PVDF膜性能的影响：(i)纳米ZnO的添加使膜纯水通量提高77.01％，膜接触角减小了12.77%，衰减系数降低了48.84%，PVDF-ZnO超滤膜对牛血清白蛋白(BSA)的截留率均在90%以上；纳米ZnO的添加量为3.0%时，超滤膜对大肠杆菌的抑菌率高达62.9%。(ii)纳米Ag的添加使超滤膜纯水通量提高了14.67%。同时，膜接触角降低了12.88%，衰减系数减小了41.07%；纳米Ag的添加量为0.5%时，膜的抑菌率高达53.3%。然而，PVDF-Ag超滤膜对BSA的截留率效果并不理想。(iii)纳米TiO2的添加使膜纯水通量提高了19.43%，衰减系数减小了87.37%，PVDF-TiO2超滤膜对BSA的截留率保持在90%；纳米TiO2的添加量为2.0%时，超滤膜的抑菌率为47.7%。
　　三种常用纳米材料改性PVDF膜的最优制备参数分别为ZnO(1.5%)、Ag(0.2%)和TiO2(1.5%)。采用模拟浓度为0.6g/L污染溶液(腐殖酸(HA)、海藻酸钠(SA)、BSA、HA/SA/BSA混合液)对空白对照膜和三种纳米改性膜进行水处理实验，综合分析膜通量恢复率、污染堵塞模型、污染液比阻、浊度以及UV254等参数。研究表明：ZnO改性膜的水处理效果最佳，具体表现为：分别被BSA、SA、HA以及混合液污染，简单纯水清洗后，通量恢复率为90%左右，可逆污染占总污染比例约90%；ZnO改性膜的污染指数降低最显著，与未改性的PVDF膜相比较，膜受SA污染的膜污染指数降低了84.77%；ZnO改性膜对HA和混合液的浊度去除率分别达到98.86%和94.79%，对BSA和SA的UV254去除率分别为85.64%和83.02%。

目录

声明

第一章 前言

1.1 研究背景

1.2 膜分离技术

1.3 超滤技术

1.4 聚偏氟乙烯(PVDF)的改性

1.5 掺杂无机纳米粒子改性

1.6 研究目的与意义

1.7 研究来源及内容

1.8 技术路线图

第二章 实验材料与方法

2.1 试验原材料及仪器

2.2 实验工艺及方法

第三章 PVP添加量对PVDF膜性能的影响

3.1 固相含量对膜性能的影响

3.2 致孔剂PVP对膜性能的影响

3.3 膜截面分析

3.4 本章小结

第四章 纳米ZnO添加量对PVDF膜性能的影响

4.1 纳米ZnO添加量对膜基础性能的影响

4.2 纳米ZnO添加量对膜阻力的影响

4.3 纳米ZnO添加量对膜污染指数的影响

4.4 纳米ZnO添加量对膜抑菌性能的影响

4.5 纳米ZnO改性膜的SEM、XRD和FTIR分析

4.6 纳米ZnO改性膜的正交试验

4.7 本章小结

第五章 纳米Ag添加量对PVDF膜性能的影响

5.1 纳米Ag添加量对膜基础性能的影响

5.2 纳米Ag添加量对膜阻力的影响

5.3 纳米Ag添加量对膜污染指数的影响

5.4 纳米Ag添加量对膜抑菌性能的影响

5.5 纳米Ag改性膜的SEM、XRD和FTIR分析

5.6 纳米Ag改性膜的正交试验

5.7 本章小结

第六章 纳米TiO2添加量对PVDF膜性能的影响

6.1 纳米TiO2添加量对膜基础性能的影响

6.2 纳米TiO2添加量对膜阻力的影响

6.3 纳米TiO2添加量对膜污染指数的影响

6.4 纳米TiO2添加量对膜抑菌性能的影响

6.5 纳米TiO2改性膜的SEM、XRD和FTIR分析

6.6 纳米TiO2改性膜的正交试验

6.7 本章小结

第七章 纳米改性PVDF膜的水处理效能

7.1 膜通量恢复试验

7.2 污染指数以及污染液比阻

7.3 污染堵塞模型

7.4 水处理前后UV254和浊度

7.5 本章小结

第八章 结论

参考文献

致谢

在学期间发表的学术论文与研究成果