GO-PVP-PVDF復(fù)合超濾膜的制備及抗污染性能.pdf

1、聚偏氟乙烯（PVDF）作為主要的超濾膜材料在水處理領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，但因其親水性較差易發(fā)生膜污染問題，限制了其在水處理領(lǐng)域的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。氧化石墨烯（GO）比表面積大、含有大量的親水性官能團(tuán)，因而具有極強(qiáng)的親水性，是一種良好的親水性無機(jī)添加材料。本文以聚偏氟乙烯（PVDF）為高分子聚合物，聚乙烯吡咯烷酮（PVP）為制孔劑，氧化石墨烯（GO）為親水添加劑，采用浸沒沉淀相轉(zhuǎn)化法制備得到GO/PVP/PVDF復(fù)合超濾膜，提高了聚偏氟乙烯膜的親水

2、性和抗污染性能。主要研究結(jié)論如下:
　　（1）采用改進(jìn)的Hummers法制備得到GO納米顆粒，系統(tǒng)的分析了其微觀形貌、化學(xué)結(jié)構(gòu)和分散性能。結(jié)果表明：GO為單片層結(jié)構(gòu)或幾個(gè)單片層的疊加，本研究所制備的GO單片層厚度約為1.5nm。GO表面和邊緣分布了大量的親水官能團(tuán)包括C=O、-COOH、C-OH等，表明氧化石墨烯具有極強(qiáng)的親水性，同時(shí)也增大了層間距。氧化石墨烯在水、DMAc等極性溶劑中具有較好的分散性。研究所得的上述特性對(duì)GO/P

3、VP/PVDF復(fù)合超濾膜的制備奠定了基礎(chǔ)。
　　（2）采用自制的氧化石墨烯納米顆粒對(duì)PVDF純膜進(jìn)行親水化改性。考察了GO添加量分別為0wt％，0.1wt%，0.3wt%，0.5wt%，0.7wt%時(shí)對(duì)PVDF膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)、接觸角、膜面Zeta電位、機(jī)械強(qiáng)度、孔隙率、平均孔徑及滲透性能等的影響。結(jié)果表明：
　　在GO添加量為0.3wt%時(shí)，復(fù)合膜的機(jī)械強(qiáng)度最大，說明適量的GO納米顆粒可以有效改善膜的機(jī)械強(qiáng)度；紅外光譜結(jié)果表明

4、復(fù)合膜面親水性基團(tuán)含量有效增加，接觸角從74.61°(M0)減小到66.39°(M2)，復(fù)合膜的親水性增強(qiáng)；膜面Zeta電位顯示復(fù)合膜膜面荷電量增大，膜的靜電排斥作用增強(qiáng)，提高了膜的抗污染能力，GO的添加有效的提高了復(fù)合膜的孔隙率和平均孔徑，在一定程度上增強(qiáng)了復(fù)合膜的滲透性能。
　?。?）采用掃描電子顯微鏡（SEM）和原子力顯微鏡（AFM）對(duì)膜的斷面孔結(jié)構(gòu)、表面形貌及粗糙度進(jìn)行了觀察和測(cè)定。
　　SEM結(jié)果顯示膜孔結(jié)構(gòu)是由皮

5、層和指狀孔構(gòu)成的復(fù)合不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，相較于純PVDF膜，GO/PVP/PVDF復(fù)合超濾膜的指狀孔結(jié)構(gòu)加長(zhǎng)加寬，因此純水通量有所提高，且純水通量的增幅在10%~33%；同時(shí)，AFM的二維、三維圖像分析結(jié)果表明復(fù)合膜粗糙度降低，減少了污染物在膜面凹陷處的累積，減緩了膜污染。
　　（4）選擇牛血清蛋白（BSA）、海藻酸鈉（SA）和腐殖酸（HA）這三種典型污染物進(jìn)行過濾實(shí)驗(yàn)；使用原子力顯微鏡(AFM)結(jié)合實(shí)驗(yàn)室自制的膠體探針定量測(cè)定了GO/P

6、VP/PVDF復(fù)合超濾膜與BSA、SA、HA污染物之間的粘附力。將宏觀過濾實(shí)驗(yàn)與微觀作用力分析相結(jié)合，共同解析了GO添加量的不同對(duì)膜污染的影響。結(jié)果表明：
　　GO/PVP/PVDF復(fù)合超濾膜對(duì)三種典型污染物進(jìn)行過濾后發(fā)現(xiàn)，相較于純PVDF膜，經(jīng)GO改性后的復(fù)合膜通量衰減有效減緩，清洗后的通量恢復(fù)率提高，且當(dāng)GO添加量為0.3wt%時(shí)，復(fù)合膜的通量衰減率最小且通量恢復(fù)率最高，說明GO的添加有效提高了復(fù)合膜的抗污染能力。
　　

7、GO/PVP/PVDF-污染物（BSA、SA、HA）之間的粘附力均小于PVDF-污染物（BSA、SA、HA）之間的粘附力，這是因?yàn)镚O的加入不僅增強(qiáng)了復(fù)合膜的親水性，同時(shí)也增加了膜面荷電量，因此復(fù)合膜的水合作用和靜電排斥作用增強(qiáng)，有效提高了復(fù)合膜的抗污染能力。
　　綜合分析宏觀過濾實(shí)驗(yàn)與微觀作用力的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)膜-污染物之間的粘附力變化規(guī)律與宏觀過濾實(shí)驗(yàn)結(jié)果保持一致，共同說明了GO/PVP/PVDF復(fù)合超濾膜較傳統(tǒng)PVDF超濾膜具有