xDLVO理論定量解析混合有機(jī)物微濾膜污染機(jī)理.pdf

1、膜污染現(xiàn)象一直是限制膜過濾技術(shù)廣泛應(yīng)用的主要因素。膜污染現(xiàn)象十分復(fù)雜，受多種因素的影響，尤其是當(dāng)兩種污染物共存時，膜污染機(jī)理變得更加復(fù)雜難懂。本研究運(yùn)用extended Derjaguin-Laudau-Verwey-Overbeek(xDLVO)理論定量解析不同溶液環(huán)境下腐殖酸和蛋白質(zhì)混合物微濾膜污染機(jī)理，通過將不同膜污染階段中混合物的微濾膜污染趨勢與界面作用能進(jìn)行線性擬合，分析界面相互作用與膜污染趨勢之間的定量關(guān)系，探究xDLVO理

2、論在評價腐殖酸和蛋白質(zhì)混合物微濾膜污染機(jī)理中的適用性，進(jìn)一步分析界面相互作用控制微濾膜污染的主要機(jī)制，為實際膜工藝運(yùn)行中優(yōu)化操作條件以減緩膜污染提供理論支持。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴腐殖酸(HA)與牛血清白蛋白(BSA)混合物微濾膜污染隨溶液pH的變化趨勢是pH3＞pH4.7＞pH7＞pH9，與單一HA膜污染隨pH的變化趨勢一致。除了HA在混合物中比例較高的原因，還有可能是由于HA與BSA的相互作用，使HA粘附在BSA分子周圍

3、，屏蔽了溶液pH對BSA的影響。HA-BSA混合物的疏水性質(zhì)證實了這一推論。⑵在0.158nm＜d＜3 nm的微距范圍內(nèi)，極性(AB)界面相互作用在污染物-膜和污染物-污染物之間的總界面相互作用中均占主控地位。當(dāng)d＜0.158nm時，AB和范德華(LW)界面相互作用共同主導(dǎo)膜污染。相比于另外兩種界面相互作用，靜電(EL)界面相互作用對總界面相互作用的貢獻(xiàn)可以忽略。隨著溶液pH的減小、離子強(qiáng)度的升高和Ca2+的加入，污染物-膜和污染物-污

4、染物之間的總界面作用能逐漸降低，HA-BSA混合物的膜污染趨勢逐漸增大。膜污染初期和后期階段的界面作用能與對應(yīng)的膜污染趨勢之間良好的負(fù)線性相關(guān)性說明xDLVO理論可以用來評價不同溶液環(huán)境下HA-BSA混合物微濾膜污染機(jī)理。⑶在膜污染初期階段，界面作用能控制膜污染趨勢的主要方式是改變污染層結(jié)構(gòu)的致密性，一方面可能是因為初期膜污染發(fā)生在膜孔內(nèi)部，膜孔的堵塞對相對通量會產(chǎn)生較大的影響，從而影響污染層單位阻力;另一方面可能是由于初期階段界面作用

5、能在排斥力和吸引力之間的轉(zhuǎn)變，使得污染物與膜之間的距離變化明顯，改變了污染層結(jié)構(gòu)的緊密程度，進(jìn)而改變了膜污染趨勢。在微濾膜污染后期階段，界面作用能控制膜污染趨勢的主要方式是改變污染物的沉積量，一方面是由于后期階段的膜污染主要發(fā)生在膜表面上，污染物的到來只是單純的質(zhì)量累積，對污染層的阻力影響不大，后期階段中相對通量的逐漸穩(wěn)定也反映出了這一點;另一方面可能是由于后期階段單純的界面吸引力變化對污染層結(jié)構(gòu)的致密性影響不大，而只是提高了污染物在膜

6、上的吸附傾向性。⑷界面作用能與膜污染趨勢線性擬合的截距、擬合斜率和相關(guān)系數(shù)均能反映出非界面作用因素對膜污染趨勢的影響。后期階段線性擬合中更小的截距、更低的擬合斜率和更大的相關(guān)系數(shù)均說明非界面作用因素在后期階段對膜污染趨勢的影響比初期階段要小。膜污染初期和后期的非界面作用因素的差異主要體現(xiàn)在污染位點和出水通量上。初期膜污染主要發(fā)生在膜孔內(nèi)，而后期膜污染發(fā)生在膜表面上;初期的出水通量也明顯高于后期。這表明xDLVO理論更適用于評價污染發(fā)生在