微球逐层静电自组装膜制备及应用研究

摘要

膜生物反应器(MBR)已成为一种新型和具有应用前景的废水处理和再利用技术，但是膜污染限制了MBRs的广泛应用。亲水性膜有助于减缓膜污染，但是其在应用过程中易受化学和热力学的影响。商业化的MBR工艺所采用的膜材料的成本一般较高，同样限制了MBRs的广泛应用。廉价的大孔工业滤布(FF)可作为MBRs中的多微孔膜使用，但是FF相对疏水，限制了其在MBRs中的应用。因此，对FF表面进行改性以增强膜表面的亲水性及膜的过滤精度具有重要意义。
　　 本文采用逐层(LBL)静电自组装技术对FF表面进行改性，在跨膜压力为0.01 Mpa下十六烷基三甲基溴化铵(HTAB)和聚乙醇微球(PVA-MS)交替沉积在FF膜表面。对复合膜的制备条件、表征和抗污染性能进行了研究，结果如下所示：
　　 (1)为了简化复合膜制备过程，采用动态LBL静电自组装方法对FF表面进行改性。与静态LBL静电自组装工艺相比较，动态LBL静电自组装工艺所形成的分离层更加致密、完整。复合膜的制备条件：HTAB初层过滤时间8 min，反应时间10 min。
　　 (2)复合膜的红外谱图表明HTAB/PVA-MS双层已成功吸附在FF表面；SEM表明PVA-MS主要吸附在FF表面；膜表面动态接触角的测定结果表明复合膜的亲水性随着双层数的增加而增加，膜表面动态接触角的值由基膜的116.4°降低到41.46°；复合膜表面Zeta电位绝对值随着其双层数的增加而增加；双层数分别为1、3和8的复合膜平均孔径分别为7.27、3.88和2.80μm，明显小于基膜的平均孔径18.19μm；复合膜的纯水渗透性能变化表明复合膜的纯水通量随着跨膜压力的增加而增大，同时，随着复合膜双层数的增加，膜的纯水通量显著降低。
　　 (3)在跨膜压力为0.04 Mpa的反冲洗实验过程中，反冲洗前后复合膜的纯水通量和动态接触角均无明显变化，表明PVA-MS在自组装膜表面具有良好的稳定性。
　　 (4)BSA静态吸附实验用以考察由膜表面-蛋白质交互作用所产生的膜污染情况。与基膜相比，8双层复合膜对BSA的静态吸附量降低了91.67％，表明改性FF具有优越的抗污染性质。
　　 (5)3双层数复合膜的通量恢复率(FRR)由基膜的20.09％增加到85.63％，表明复合膜表面的PVA-MS可较大程度地限制膜污染。过滤活性污泥的过程中，随着复合膜双层数的增加复合膜的抗污染性质具有增强的趋势，通量降低率(RFR)由基膜的93.53％降低到8双层复合膜的46.82％。可知，此类复合膜可用于活性污泥的微滤工艺。

目录

文摘

英文文摘

声明

引 言

1膜生物反应器及静电自组装膜技术研究进展

1.1膜生物反应器的研究进展

1.1.1膜生物反应器的组成与特点

1.1.2膜生物反应器的研究进展及应用前景

1.2 MBR膜污染及其影响因素研究

1.2.1膜污染的概念与成因

1.2.2膜污染的影响因素

1.2.3 延缓膜污染的措施

1.3膜材料在MBR中的应用现状

1.4膜表面的改性

1.4.1膜表面的亲水化改性

1.4.2静电自组装膜的出现和发展

2课题的研究目的、意义和内容

2.1.研究目的与意义

2.2研究内容与方法

2.3试验条件和分析方法

2.3.1 试验条件

2.3.2 分析项目及其测试方法

3微球逐层静电自组装膜的制备

3.1 前言

3.2实验材料与仪器设备

3.2.1实验材料

3.2.2实验设备及仪器

3.3 PVA-MS的合成与表征

3.4微球逐层静电自组装膜的制备与膜性能测试

3.4.1静电自组装技术制备复合膜

3.4.2静电自组装膜的通量和动态接触角的测定

3.5结果与讨论

3.5.1 PVA-MS的合成与表征

3.5.2动态逐层静电自组装与静态逐层静电自组装方法的比较

3.5.3过滤时间对HTAB初层的影响

3.5.4 聚阳离子HTAB与聚阴离子PVA-MS反应时间的影响

3.5.5 HTAB/PVA-MS双层数的影响

3.6本章小结

4静电自组装膜的性能及表面结构表征

4.1 前言

4.2仪器及表征方法

4.2.1 仪器

4.2.2测试及表征仪器

4.3结果与讨论

4.3.1 表面分子基团的表征

4.3.2表面SEM分析

4.3.3 动态接触角

4.3.4 膜表面Zeta电位分析

4.3.5膜的渗透性能

4.3.6膜的稳定性测试

4.4本章小结

5静电自组装膜的抗污染性能研究

5.1 前言

5.2实验

5.2.1试剂及仪器

5.2.2静态吸附实验

5.2.3动态过滤实验

5.3结果与讨论

5.3.1静态吸附实验

5.3.2动态过滤实验

5.4本章小结

6结论与建议

6.1 结论

6.2建议

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢