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膜分离技术具有高效、节能、环保等优点,已广泛应用于多个领域。聚偏氟乙烯(PVDF)综合性能优异,是用于膜制备的常用膜材料之一。但PVDF的疏水性导致其在水处理应用中容易被污染,成为其在膜技术应用中的主要障碍。
为解决PVDF膜在应用过程中的膜污染问题,本文结合共混和涂覆两种方法对PVDF膜进行亲水化改性,并提出了一种稳定性较好的复合膜制备方法。共混材料选用醋酸纤维素(CA)和TiO2有机溶胶;涂覆材料选用TiO2水溶胶和SiO2水溶胶。选用三种模拟污染物(牛血清蛋白BSA、腐植酸HA和甲苯)对膜的基本性能进行考察,包括分离性能、亲水性和抗污染性等,并通过阻力计算、静态吸附与解吸和修正污染指数(MFI)值比较等手段分析膜的抗污染性能。最后,利用傅立叶红外光谱(FT-IR)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)等测试方法表征膜的微观结构。
结果表明,向PVDF膜材料中混入CA或TiO2有机溶胶提高了膜的亲水性,加入TiO2有机溶胶的共混膜抗污染性较好,在共混基础上涂覆纳米TiO2和SiO2粒子溶胶制备出复合膜,其各项性能均得到改善,且表面涂层具有较好的稳定性。复合膜对BSA和HA的截留率分别上升了35%和20%;接触角最大下降了60°,亲水性大幅提高;复合膜M-T/T对BSA和HA的相对通量衰减率(RFR)下降了25%左右,通量恢复率(FRR)上升到90%以上。
阻力分析结果显示,复合膜的总阻力较PVDF膜和共混膜有显著降低,不可逆阻力下降幅度最大,尤其是M-T/T效果最为显著,各污染物的下降幅度均在80%以上;静态吸附与解吸实验结果表明,复合膜对蛋白质类污染物BSA、高分子有机酸类污染物HA和芳香族碳氢化合物类污染物甲苯的吸附量均有所减少,BSA的吸附量下降了90%以上,HA和甲苯的吸附量均下降了近50%,BSA和HA的解吸率分别上升了35%和20%;MFI值比较结果也表明涂覆纳米TiO2和SiO2粒子可有效提高膜的抗污染性。在采用不同涂覆液的复合膜中,复合膜M-T/T的综合性能最为优异,具备良好的抗污染性和恢复性。上述结果表明,通过控制涂覆液的温度和涂覆方式可制备出稳定性良好的抗污染PVDF复合膜。