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在水处理领域中,超滤膜由于其化学特性和结构的影响,存在通量低、易产生膜污染等问题。在众多制膜材料中,聚偏氟乙烯(PVDF)材料在化学稳定性和耐热性以及机械强度方面表现出了一定的优势。但由于PVDF属于疏水性材料,因此在过滤蛋白质和油类等疏水性物质的过程中容易产生膜污染。因此本课题主要采用共混法采用硅材料对PVDF超滤膜进行亲水化改性,以提高其通量和抗污染能力并探讨混凝-膜连用工况下对松花江水的处理效果。本文首先选用介孔硅材料(SBA-15)和二氧化硅纳米粒子(Si O2)作为添加剂对PVDF超滤膜进行亲水化改性,考察添加量从0.1%~0.4%的变化下两种改性膜的运行效果和表面特性,并对两种纳米材料的改性效果进行比较分析。在此基础上,利用SBA-15和丙基三甲氧基硅烷(MAPTMS)合成出SBA-15-MAPTMS,再加入乙烯基吡咯烷酮(NVP)制备出SBA-15-PVP新型纳米材料,利用SBA-15-PVP纳米粒子与PVDF共混制备出新型的PVDF/SBA-15-PVP纳米复合膜。通过超滤实验考察改性膜的渗透性能和截留率以及抗污染性;通过接触角的测量考察两组改性膜的亲水性变化;通过一系列的表征手段分别对纳米材料和改性复合膜进行比较分析,并且研究不同纳米材料和添加量对相转化过程中膜结构的影响。此外本文选用松花江实际水体,考察了PVDF/SBA-15-PVP改性膜和混凝与膜联用工艺对实际水体的处理效能。实验结果表明:改性复合膜的综合性能均在0.3%的纳米材料添加量下最佳。其中PVDF/SBA-15复合膜的膜通量优于PVDF/Si O2复合膜。与PVDF原膜相比,两组改性膜均具有更发达的表面孔隙结构,故而改性膜的孔隙率和孔径得到了改善,从而使得复合膜的渗透通量有所提升。新合成的SBA-15-PVP纳米粒子增强了膜表面的亲水性,在提高了膜表面粗糙度的同时改变了膜表面的化学组成。XPS和FTIR的图谱证明了NVP对SBA-15表面的改性是成功的。在三种改性粒子中,SBA-15-PVP纳米粒子呈现出更优异的亲水改性效果,改性粒子在一定程度上减轻了团聚效应,同时在相交换成膜过程中,亲水性SBA-15-PVP粒子容易向表层迁移,SBA-15制约着PVP的流失,这一过程有助于形成孔隙更发达的膜孔,提高膜的亲水性和通量。共混改性后,三组膜的接触角(CA)均一定程度的减少,这说明改性过程增强了膜的亲水性和抗污染性,膜的平均孔径和孔隙率也有所增加。在处理实际水体中,30mg/L的Al2(SO4)3·18H2O为混凝剂的最佳投加量。在通量方面,混凝-改性膜联用工艺>单纯改性膜过滤工艺>混凝-纯膜联用工艺>纯膜过滤工艺。总的来说,PVDF/SBA-15-PVP纳米复合膜可以实现较高的原水通量,并能在此基础上保持较好的通量恢复率。在对实际水体各类污染物的去除方面,PVDF/SBA-15-PVP改性纳米复合膜对原水中的浊度、UV254、总有机碳(TOC)、胶体、微生物、钙、镁和铁、铝、锰等金属离子均有一定的去除作用。其中对浊度的去除效果最佳,两组膜在两种工况下的去除率均保持在88%以上。可见PVDF/SBA-15-PVP纳米复合膜以及混凝-膜联用工艺提高了超滤膜对水中污染物的净化效果。