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膜分离法因其高效、节能等优点,成为了现代水处理中重要的技术手段之一。聚偏氟乙烯(PVDF)是常用的膜材料之一,具有性能稳定、无毒廉价等优点,但其表面能低,在水处理过程中易被污染而导致通量下降,严重影响其使用寿命,这是制约膜技术发展的重要因素。
为解决PVDF膜在运行过程中的污染问题,本研究选取了TNT(TiO2纳米管)和AgTNT(载AgTiO2纳米管)两种纳米材料,通过相转化法对PVDF膜进行无机/有机共混改性。首先利用扫描电镜、超滤测试、接触角和机械强度测试来表征其基本性能;接着选择牛血清蛋白(BSA)和腐殖酸(HA)作为模拟污染物,通过过滤实验、阻力分析、静态吸附与解吸考察杂化膜的抗化学污染能力,并利用抑菌圈法考察杂化膜对大肠杆菌的抑菌能力;最后通过膜清洗实验来探讨物理清洗与光清洗组合方式的可行性。
结果表明,添加TNT和AgTNT能改善膜的结构及基本性能。杂化膜的皮层变薄,亚层中微孔数增多,孔之间的连通性变好,膜的强度和韧性也得到了改善;纯水通量显著提高,TM杂化膜增幅达46.9%,而截留率和孔隙率也有所上升,超滤性能得到改善;接触角下降明显,最大降幅为18.3°,表明杂化膜的亲水性得到改善。
抗污染实验中,杂化膜的抗污染能力和通量恢复能力都有显著增强。杂化膜TM过滤BSA和HA的通量衰减率较PVDF膜下降了约4%和13%,通量恢复率上升了约14%和20%;阻力分析结果显示,杂化膜的总阻力较PVDF膜有所下降,而不可逆污染阻力的下降尤为明显,杂化膜A1TM过滤BSA和HA的不可逆污染Rir分别下降了33%和40%;静态吸附实验表明杂化膜对BSA和HA的吸附都有显著的下降,杂化膜A1TM的吸附量降幅为26.4%和8.6%,解吸率均上升了20%以上;MFI值的结果也表明杂化膜抗污染能力得到了提高。抑菌实验中,A10TM表现出了显著的抑菌能力,对大肠杆菌的抑菌圈约为15mm。
膜清洗实验表明,杂化膜具备较好的自清洁能力。BSA污染后,采用曝气/光清洗方式时杂化膜A1TM的通量恢复率高达88.2%,且经多次循环-清洗后杂化膜的通量恢复率均稳定在80%以上,稳定性优良,表明其在实际应用中具有较强的竞争力。