细菌胞外物溶液(EPS)作为凝胶浴制备抗污染性MWCNT/PVDF膜

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聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride,PVDF)膜材料拥有优异的化学和物理性能,近年来被广泛应用于环保、化工、食品、医药及生物等众多领域。但PVDF膜表面极强的疏水性和易污染的特性使其发展和应用受限。以多壁碳纳米管(MWCNT)和聚乙烯吡咯烷酮K30(PVP)为添加剂,通过相转化法制备以EPS溶液为凝胶浴的新型平板膜,以此来改善PVDF膜亲水性、增加膜的抗污染性能,并分析了各试剂在膜性能方面所发挥的作用,得到如下结果:以PVDF为原料,分别以DMAc、DMF为溶剂,以PVP、LiCl为添加剂,进行正交实验,最终确定以DMAc为溶剂,以PVP为添加剂制备出的膜(A组)综合性能较优,其纯水通量2024 L/(m2 h MPa),截留率在运行30min内保持95%以上,总污染比率78.3%,不可逆污染仅12.9%。以该配比进行下一步的改性。在A组膜的基础上,添加MWCNT,并以EPS溶液为凝胶浴制备新型膜,并将膜通过污水模拟液—腐植酸(HA)的截留测试以考察其在实际应用中的效果。在共混膜中加入了MWCNT,会抑制膜孔的空洞状孔形成,并能促使膜孔向指状孔发展,且在亲水性和平均孔隙率方面都有一定的辅助作用,MWCNT的管状结构,会形成毛细管作用,能在A组膜的基础上将水通量提高4%-42%。EPS溶液作为凝胶浴有使膜形成海绵状孔的作用。EPS溶液作为凝胶浴可以提高膜的亲水性,但对平均孔隙率的作用不明显,且有利于减少污染。当PVP含量保持不变时,Rir值随着MWCNT的增加而成下降趋势;当PVP含量减少,MWCNYT含量增大时Rir值并没有呈现规律性的减少,说明在此体系下MWCNT和PVP均有利于膜的抗污染性。E组(PVDF、PVP、MWCNT共混,纯水为凝胶浴)、F组(PVDF、PVP、MWCNT共混,20%EPS溶液为凝胶浴)、H组(PVDF、MWCNT共混,20%EPS溶液为凝胶浴)三组膜对HA溶液进行截留测试,发现单独的EPS溶液作为凝胶浴时,膜对HA的截留率从54.3%(M0)提高到70.9%(H0);MWCNT/PVP作为添加剂,对于截留率和通量恢复皆有明显的正向作用,FRR值能达到80%以上。JW1值依照F组、E组、H组的顺序依次降低;对HA的截留率按照E组、F组、H组的顺序依次降低;FRR值依照F组、E组、H组的顺序依次降低;Rt与Rir值按照H组、F组、E组的顺序依次升高。根据综合性能考虑,F组的纯水通量高,其对HA截留率保持在65%以上,高于纯膜M0的54.3%,且通量恢复较高,不可逆污染处于35%以下。在F组中,F2(PVDF—15%,PVP/MWCNT—5%/0.3%,溶剂—DMAc,凝胶浴—20%EPS溶液)的纯水通量3089 L/(m2 h MPa),对HA的截留率66%,通量恢复率69.3%,不可逆污染35.9%,可作为最佳效果的膜。
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