聚乙烯醇改性無紡布復合膜的制備與耐污染性能研究.pdf

1、本實驗研究以國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的、價格低廉的過濾材料—無紡布代替目前MBR中通常使用的高分子膜材料；為了預防和減少膜污染，以聚乙烯醇(PVA)為改性材料，采用表面涂敷法對疏水性的無紡布表面進行親水改性，制備了PVA改性無紡布復合膜，用于廢水處理。本研究主要考察了制膜工藝和制備條件對PVA改性無紡布復合膜性能的影響以及復合膜的耐污染性能；并借助全反射紅外光譜(ATR-FTIR)、X光電子能譜(XPS)以及掃描電子顯微鏡(SEM)等現(xiàn)代分析技術對

2、復合膜的表面微觀結構和表面化學結構進行了表征和分析。研究內(nèi)容有： (1)考察了有/無親合劑(聚乙二醇)預處理以及改變PVA濃度、催化劑濃度、涂膜時間、熱處理溫度和時間，復合膜的純水通量和靜態(tài)水接觸角的變化。結果表明：親水化預處理有利于PVA均勻地附著于無紡布的表面，但是復合膜純水通量明顯小于沒有預處理的復合膜，而兩者的靜態(tài)接觸角則沒有顯示出較大的差別。增加PVA和交聯(lián)劑濃度以及涂膜時間、熱處理溫度和時間，均使復合膜的純水通量降低

3、。PVA改性使無紡布表面的親水性能得到明顯改善。 (2)采用無親合劑預處理的制膜工藝，考察了PVA濃度以及交聯(lián)劑濃度、基膜(無紡布)公稱孔徑對復合膜的純水通量、截留率、固定度以及拉伸強度和撕裂強度的影響。結果表明：增加PVA和交聯(lián)劑的濃度以及減小基膜公稱孔徑，均使復合膜的純水通量降低，對聚丙烯酰胺(分子量860萬)的截留率提高。PVA在無紡布表面的固定度隨著PVA濃度增大而增加，但交聯(lián)劑濃度變化對固定度的影響不明顯。PVA改性增

4、強了無紡布的機械性能，復合膜的拉伸強度和撕裂強度均大于未改性無紡布，但受鑄膜液中PVA濃度和交聯(lián)劑濃度變化的影響。 (3)ATR-FTIR、XPS以及SEM對復合膜的表面微觀結構和表面化學結構的表征和分析結果表明：基于吸附、沉淀等物理化學作用的改性方法，改變了無紡布的表面性質(zhì)和表面分子結構，在無紡布表面引入了基團-OH和C-O-C，且羥基以多種形式存在于改性無紡布的表面。通過化學交聯(lián)作用增強了PVA薄膜分子間的相互作用，同時保留

5、了無紡布的基本結構。改性后無紡布表面的組成元素中有C、O兩種元素。C元素有三種結合形式，除了C-H外，增加了C-O和O-C-O兩種結合形式。改性無紡布中由于含氧基團的引入，O元素的相對含量顯著增加，C元素相對含量有所降低。PVA改性使無紡布的空隙率減小，表面變得更光滑。在斷面掃描圖中發(fā)現(xiàn)存在明顯的界面層，說明在無紡布的表面復合了PVA薄膜，形成了復合膜結構。 (4)通過靜態(tài)吸附牛血清蛋白(BSA)實驗和動態(tài)處理人工廢水實驗，研究

6、了復合膜的耐污染性能。PVA濃度為0.8wt％時得到的改性無紡布，對BSA吸附量最小，與未改性無紡布相比，BSA吸附量降低了83.4％，說明無紡布經(jīng)PVA改性后能有效抑制BSA的吸附，增加無紡布的耐污染性能。改性前后無紡布的膜污染指數(shù)(MFI)分別為0.9519和0.2238，改性無紡布顯示了良好的耐污染性能。采用統(tǒng)計分析方法研究了MBR中的胞外聚合物(EPS)、溶解性EPS(EPSs)組分中的P/C(蛋白質(zhì)/多糖)、活性污泥的相對疏水

7、性(RH)與膜污染阻力的相關性。結果表明：EPSs以及其組分中的P/C、RH對膜污染阻力有明顯影響，與改性無紡布/未改性無紡布膜污染阻力的皮爾遜相關系數(shù)rp分別為：0.868/0.856、0.840/0.866、0.890/0.841。改性無紡布表面能有效抑制EPSs的吸附，降低EPSs中的P/C，減少活性污泥的吸附沉積，降低膜污染。 (5)將PVA改性無紡布復合膜的膜組件置于處理人工廢水的浸沒式膜生物反應器(SMBR)中，實驗

8、結果表明：改性無紡布雖然能有效減少膜污染，降低膜污染阻力，但在過濾過程中仍存在膜污染現(xiàn)象。改性無紡布的過濾阻力主要為膜污染阻力。在引入比污染阻力概念的基礎上，以描述壓力驅(qū)動過濾過程中膜通量與阻力關系的Darcy定律為基礎，建立了描述SMBR間歇方式運行時，濾餅阻力控制的過濾過程中的比污染阻力與時間關系的數(shù)學模型：Rstf(t)=a(1-e-t/b)，利用此模型能夠預測運行過程中膜通量的衰減趨勢，其數(shù)學表達式為：J(t)=TMP/μ[Rm