利用聚合多巴胺及PEG對PVDF中空纖維膜進行表面功能化的研究.pdf

1、膜污染是膜技術在污水處理方面應用的主要障礙，膜親水改性是改善膜污染的主要方法之一。受自然界生物粘附現(xiàn)象的啟發(fā)，本研究以多巴胺作為研究對象，通過涂覆多巴胺對PVDF中空纖維膜進行親水改性，并利用聚合多巴胺(PDOPA)的強附著性進一步進行氨基聚乙二醇(mPEG-NH2)接枝改性，實現(xiàn)微濾膜表面功能化。本文研究了不同反應條件下的膜改性效果;分別對牛血清蛋白溶液和乳化油溶液及好氧活性污泥混合液進行過濾，分析膜的抗污染性能;通過物理、化學和超聲

2、的清洗方法對污染膜進行清洗，分析清洗效果，提出最佳清洗方案。
　　PVDF中空纖維膜經(jīng)過多巴胺涂覆改性后，膜表面覆蓋一層棕褐色PDOPA涂覆層，通過掃描電鏡(SEM)分析，結果顯示，經(jīng)過改性后膜孔隙減小，膜表面變得更光滑。通過斷面電鏡分析，改性過程主要集中于膜表面，對膜孔內(nèi)部影響較小。通過傅里葉紅外光譜(FTIR)分析表明，多巴胺在PVDF中空纖維膜外表面發(fā)生聚合反應，形成含有氨基(-NH2)、羥基(-OH)及苯環(huán)結構的PDOPA

3、;mPEG-NH2與PDOPA在膜表面發(fā)生接枝反應。改性膜的接觸角(CA)顯著降低;隨著多巴胺溶液濃度及涂覆時間的增加，膜表面的接觸角逐漸減小，改性膜親水性提高。mPEG-NH2接枝進一步減小接觸角;并隨mPEG-NH2濃度、相對分子質(zhì)量及接枝時間的增加，接觸角降低，親水性提高明顯。接枝溫度在50～60℃之間時接觸角有最低值。隨多巴胺溶液濃度和涂覆時間的增加，PDOPA改性膜純水通量呈先增加后減小的趨勢。在多巴胺溶液濃度為0.5mg/m

4、L，涂覆反應60min時，得到的改性膜的純水通量最大值為219.4L/(m2·h)，較未改性PVDF原膜提高27.84％。隨mPEG-NH2相對分子質(zhì)量、接枝時間、溶液濃度的增加，膜純水通量逐漸減小;隨接枝溫度增加，通量先降低后增加，溫度在50～60℃之間時出現(xiàn)最小通量。
　　通過對乳化油溶液過濾，進一步研究改性膜對疏水性物質(zhì)的抗污染性能。PDOPA改性膜通量的衰減速率均小于未改性膜，多巴胺溶液的濃度和涂覆時間均影響膜通量衰減的速

5、率。8mg/mL多巴胺溶液涂覆改性90min后，穩(wěn)定通量較未改性膜提高55.27％。改性膜對乳化油截留率提高，8mg/mL多巴胺溶液120min涂覆改性后，率達到95.1％。90minPDOPA改性膜接枝mPEG-NH2后，截留率均達到90％以上。多巴胺涂覆可以減緩過濾牛血清蛋白溶液過程中膜通量的衰減過程。過濾牛血清蛋白溶液，30minPDOPA改性膜穩(wěn)定通量較未改性膜提高了8.72％;涂覆時間為60min時，截留率為66.96％，較未

6、改性膜提高35.33％。
　　最后，對污染膜采用不同的清洗方法，對比通量恢復情況。對于過濾牛血清蛋白溶液，化學反沖洗有較好的效果，牛血清蛋白污染膜經(jīng)過1％草酸+0.5％NaClO溶液清洗后，未改性PVDF原膜通量恢復率為53.68％，PDOPA涂覆改性膜為69.56％，PDOPA-g-PEG改性膜通量恢復率接近80％。草酸清洗對乳化油污染膜效果不明顯，提高清洗液的溫度有利于提高乳化油污染膜的通量恢復，超聲條件下通過表面活性劑清洗后