AFM對水中Fe3+與有機污染物共存時的膜污染機制的評價研究.pdf

1、超濾作為十分重要的膜分離技術之一，成為當下解決環(huán)境資源問題的重要技術手段，也在近年來得到更多關注。生活污水中主要含有多糖、蛋白質、核酸、腐殖酸、有機酸和其他細胞組分。配水實驗中常用由1,4-聚-?-D-甘露糖醛酸，和α-L-古羅糖醛酸兩種物質所組成的一種呈線型結構的聚合物海藻酸鈉（SA）代表多糖類物質，由包含607個氨基酸殘基的牛血清蛋白（BSA）代表蛋白質類物質，并由基本結構是芳環(huán)和脂環(huán)，環(huán)上連有羧基、羥基、羰基、醌基、甲氧基等主要官

2、能團的腐殖酸（HA）代表核酸類物質。
　　Fe3+作為工業(yè)廢水中含量相對較高的金屬離子，也作為應用于處理工業(yè)廢水研究中較為常見的絮凝劑，因此本實驗選定 Fe3+作為主要研究的金屬離子。
　　相關研究針對水中 Fe2+、Fe3+分別與 HA共存時的膜污染機理實驗結果較為明顯。因此本實驗的主要研究對象是污水當中的金屬元素 Fe3+與有機物 BSA、SA及其二者混合物在不同濃度及不同 pH條件下共存時的膜污染行為，利用原子力顯微鏡

3、（AFM）及實驗室自制 AFM探針和親水改性超濾膜，從原子力形貌及微觀作用力的角度分析超濾膜中 Fe3+與有機污染物共存時的膜污染行為，以及污染機制的評價研究，為超濾膜技術在水資源再生過程中的應用提供理論依據。所得主要結論如下：
　?。?）實驗表明，F(xiàn)e3+與BSA共存時，隨著溶液pH的增大，造成膜污染的主導原因是 BSA與Fe3+之間存在靜電相互作用從而形成膠體態(tài)物質，呈現(xiàn)出先加重再減輕的趨勢。具體結論如下：①在相同pH值和BS

4、A濃度條件下，隨著溶液中FeCl3濃度的增大，污染物對膜表面的污染逐漸加重，并在FeCl3濃度達到20 mg/l時，通量衰減最大，膜污染最為嚴重，金屬離子與BSA之間的相互作用力達到最大；而后則隨著FeCl3濃度的增大，這種作用逐漸減小。②在相同pH值和FeCl3濃度條件下，當BSA濃度為20 mg/l通量衰減最大，膜污染最為嚴重，金屬離子與BSA之間的靜電作用也最大。③而在相同BSA濃度和FeCl3濃度，不同pH值的條件下，當混合溶液

5、的pH為7時，對膜表面產生較為嚴重的污染。造成較為嚴重的污染不但是由于相互之間的化學作用，而且隨著溶液pH值的升高，其中氫氧化物等的物理沉積作用也對加重膜污染產生了較為嚴重的影響。蛋白質聚合誘導金屬離子和蛋白質—金屬膠體相互作用從而加重膜污染，并在pH=7時會對膜表面造成最大污染。
　?。?）在海藻酸鈉溶液中添加Fe3+后，隨著溶液 pH的增大，SA對金屬鐵離子的吸附是造成膜污染的主要原因。具體結論如下：①在相同pH值和SA濃度條

6、件下，隨著溶液中FeCl3濃度的增大，污染物對膜表面的污染逐漸加重，并在 FeCl3濃度達到30 mg/l時，通量衰減最大，膜污染最為嚴重，金屬離子與SA之間的相互作用力達到最大；②在相同pH值和FeCl3濃度條件下，當 SA濃度為30 mg/l通量衰減最大，膜污染最為嚴重，金屬離子與SA之間的靜電作用也最大；③而在相同SA濃度和FeCl3濃度，不同pH值的條件下，當混合溶液的pH為7時，對膜表面產生較為嚴重的污染。造成較為嚴重的污染不

7、但是由于相互之間的化學作用，而且隨著溶液pH值的升高，其中氫氧化物等的物理沉積作用也對加重膜污染產生了較為嚴重的影響。海藻酸鈉（SA）對金屬離子的吸附是造成膜污染的主要原因，并在pH=7時會對膜表面造成最大污染。
　?。?）在BSA和SA的混合溶液中添加Fe3+后，由于BSA與SA之間會發(fā)生絡合，因此加入Fe3+后，具體結論如下：①在相同pH值和SA/BSA濃度條件下，隨著溶液中FeCl3濃度的增大，污染物對膜表面的污染逐漸加重，

8、并在FeCl3濃度達到30 mg/l時，通量衰減最大，膜污染最為嚴重，金屬離子與BSA之間的相互作用力達到最大；②在相同pH值和FeCl3濃度條件下，當SA/BSA濃度分別為15 mg/l時的通量衰減最大，膜污染最為嚴重，金屬離子與BSA之間的靜電作用也最大；③而在相同SA/BSA濃度和FeCl3濃度，不同pH值的條件下，當混合溶液的pH為9時，對膜表面產生較為嚴重的污染。造成較為嚴重的污染不但是由于BSA和SA形成可溶性絡合物，而且隨