典型陽離子對PVDF超濾膜BSA污染行為的影響研究.pdf

1、本研究選用牛血清蛋白(BSA)代表蛋白質(zhì)類有機膜污染物，以氯化鋰、氯化鈉、氯化鉀、氯化鈣這四種氯化物溶液控制污染液中的離子強度，分別代表水中廣泛存在的一價、二價的陽離子，通過耗散型石英晶體微天平結(jié)合自制的聚偏氟乙烯(PVDF)芯片，考察高離子強度條件下，蛋白質(zhì)類有機物(BSA)在PVDF膜界面的微觀吸附過程及吸附層結(jié)構(gòu)特征，結(jié)合宏觀膜污染試驗及微觀作用力的測定結(jié)果，評價典型陽離子對BSA膜污染過程的控制機理，且進一步探明陽離子水合特性對

2、膜污染的影響機制。主要研究結(jié)論如下：
　　(1)與離子強度為0mM時相比，離子強度為100mM時，無論是一價Li+、Na+、K+離子還是二價Ca2+離子的存在，皆可有效觸發(fā)PVDF-BSA及BSA-BSA之間的水合排斥力，進而減緩BSA在PVDF膜面的吸附累積速率，形成松散的BSA吸附層，伴隨著相應(yīng)膜污染減緩。這是因為Li+、Na+、K+、Ca2+皆是典型的水合陽離子，其會通過靜電作用不斷吸附累積在帶負電的BSA分子及PVDF膜表

3、面，致使BSA分子及PVDF膜面形成特定結(jié)構(gòu)的水分子層，進而有效觸發(fā)了PVDF-BSA及BSA-BSA之間的水合排斥力，致使BSA在PVDF表面的吸附速率及吸附量減小，并形成松散柔軟的BSA吸附層，最終引起膜污染的明顯減小。
　　(2)針對帶電荷量相等的一價陽離子Li+、Na+、K+，在相同的離子強度條件下（100mM），Li+、Na+及K+三種陽離子對應(yīng)的BSA污染膜通量衰減速分別為52％，58%和62%，無離子添加時膜通量衰減

4、率為85%。顯然，雖然三種離子達到一定濃度后皆可減緩膜污染，但是其對BSA的減緩能力并不相同。在相同的運行時間內(nèi)，Li+對膜污染的減緩能力最強，K+的減緩能力最弱。主要是因為三種離子的水合半徑差異所致。相對而言，Li+離子半徑最小，其表面電荷密度最大，水分子與其結(jié)合能力最強，所以Li+條件下觸發(fā)的水合排斥最大，導(dǎo)致BSA在膜面的吸附累積速率較慢，且BSA污染層較為松散，伴隨著膜污染幅度的最小。相反，K+離子半徑最大，其表面電荷密度的最小

5、，與水分子的結(jié)合能力最弱，所以其所觸發(fā)的水合排斥力最小，相對應(yīng)對BSA膜污染的削弱能力最小。說明，帶電荷相同的陽離子，半徑越小，其越容易觸發(fā)水合作用力。
　　(3)進一步考察了半徑相當?shù)腒+及Ca2+離子對膜污染行為的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當離子強度達到100mM時，在相同的運行時間內(nèi)，K+、Ca2+離子對應(yīng)的BSA污染膜通量衰減率分別為62%和48%。顯然，二價Ca2+離子對BSA的減緩能力明顯大于一價的K+離子。同樣是因為二者的水合