納米TiO2-聚砜有機(jī)無(wú)機(jī)雜化超濾膜的制備、成膜機(jī)理及抗污染能力評(píng)價(jià)研究.pdf

1、膜分離技術(shù)已在污水處理、海水淡化及醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，浸沒(méi)沉淀相轉(zhuǎn)化法已成為應(yīng)用最廣泛的超濾膜制備技術(shù)，其成膜過(guò)程為動(dòng)力學(xué)與熱力學(xué)綜合過(guò)程，很難定量地描述其成膜動(dòng)力學(xué)，導(dǎo)致成膜機(jī)理研究進(jìn)展緩慢，無(wú)法有效指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)，致使膜孔徑無(wú)法準(zhǔn)確控制，截留分子量(MWCO)范圍較寬，分離效果差，阻礙超濾膜應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬。超濾具有傳統(tǒng)分離操作無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，但如果料液含有蛋白質(zhì)、果膠及乳化液等大分子物質(zhì)，則超濾膜易被污染，導(dǎo)致其處理能力下降，運(yùn)行

2、成本提高，使超濾的推廣應(yīng)用受到極大限制。目前解決膜污染的主要途徑有兩個(gè)，一是制備抗污染性能良好的膜組件以防止膜污染，二是研究合理的清洗方法以控制膜污染。因此，增強(qiáng)聚砜(PSF)膜的通量、分離性能與抗污染性能，對(duì)PSF膜進(jìn)行親水改性，是目前有機(jī)膜改性領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
　　本文以PSF為膜材料，以N-N二甲基乙酰胺(DMAc)為溶劑，以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)為成孔劑，用單因素實(shí)驗(yàn)方法，獲得MWCO為60000 Dal的PSF平板超濾

3、膜最佳配方及成膜條件。最佳鑄膜液配方為（質(zhì)量百分含量）:PSF濃度為16 wt％，PVP濃度為10wt％，DMAc濃度為74％;最佳成膜條件為:預(yù)蒸發(fā)時(shí)間為10s，凝膠浴為純水，溫度為20℃。采用成膜動(dòng)力學(xué)儀器精確測(cè)定凝膠時(shí)間，在PSF成膜系統(tǒng)中構(gòu)建動(dòng)力學(xué)新參數(shù)—表觀擴(kuò)散系數(shù)Da的表達(dá)式，并以Da為紐帶，探索制膜配方及成膜條件、Da、成膜熱力學(xué)參數(shù)、膜微觀結(jié)構(gòu)與性能四者的關(guān)系。探究了鑄膜液配方及成膜條件對(duì)超濾膜凝膠動(dòng)力學(xué)及其結(jié)構(gòu)與性能的

4、影響，得出以下結(jié)論:(1) PSF濃度增大使膜變得致密，通量減小而截留率增大;PVP濃度增大，通量增大而截留率影響較小。(2)預(yù)蒸發(fā)時(shí)間延長(zhǎng)，膜孔徑變小數(shù)量減少，通量下降而截留率上升;凝膠浴溫度升高，通量增大而截留率減小。(3)成膜過(guò)程是由熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)共同作用的結(jié)果，成膜時(shí)間與膜厚度平方成正比，孔隙率與表觀擴(kuò)散系數(shù)成正比?；谒@得超濾膜成膜機(jī)理的結(jié)論，采用超濾膜孔徑設(shè)計(jì)與調(diào)控技術(shù)設(shè)計(jì)并制備了截留分子量分別為20000、10000Da

5、l的小截留分子量PSF平板超濾膜，獲得20000型最佳配方:PSF為21wt％，PVP為5wt％，DMAc與NMP質(zhì)量比為3∶2的混合溶劑;最佳成膜條件:預(yù)蒸發(fā)時(shí)間為20s，凝膠浴為純水，溫度為15℃。獲得10000型最佳配方:PSF為22wt％，PVP為5wt％，DMAc與NMP質(zhì)量比為2∶3的混合溶劑;最佳成膜條件:預(yù)蒸發(fā)時(shí)間為10s，凝膠浴為純水，溫度為20℃。并基于其配方與成膜條件研制了三種MWCO的中空纖維超濾膜產(chǎn)品。

6、　　先將納米TiO2粉體進(jìn)行改性，再以改性納米TiO2粉體為添加劑，提高PSF超濾膜的抗污染性能。制備了MWCO分別為60000、20000、10000Dal的納米TiO2/PSF有機(jī)無(wú)機(jī)雜化中空纖維超濾膜并澆鑄成膜組件，改性納米TiO2粉體的加入使其平均孔徑減小;同時(shí)膜性能得到了明顯改善，當(dāng)工作壓力為0.2MPa時(shí)，純水通量分別提高了64.7、32.7、52.1％，改性膜的親水性也明顯增強(qiáng)，水接觸角分別降低32.1、30.7、28.5

7、度，從而使膜的抗污染性能明顯改善。
　　在含油廢水處理及甘薯蛋白分離工藝中對(duì)該改性PSF超濾膜的抗污染能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，最終獲得兩種工藝中納米TiO2/PSF有機(jī)無(wú)機(jī)雜化超濾膜的最佳運(yùn)行參數(shù)及清洗參數(shù)。MWCO為60000Dal的改性PSF中空纖維超濾膜處理乳化含油廢水效果顯著，獲得最佳的運(yùn)行條件為操作壓力0.1MPa，乳化油的截留率大于90％，改性膜比未改性膜通量提高22％，耐污染性能提高。0.5％的十二烷基磺酸鈉(SDS)為最佳化