无机纳米材料在超滤膜中的合理应用

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1、无机纳米材料在超滤膜中的合理应用1前言　　超滤(Ultrafiltration，UF)膜技术作为二十一世纪六大高新技术之一，可应用于浓缩、净化和分离等工艺中。近年来，超滤膜已成为饮用水处理过程中的常用技术，同时在纳滤(nanofiltration，NF)和反渗透(reverseosmosis，RO)技术的预处理过程中有广阔应用前景。　　超滤是以压力为驱动力，过滤精度介于微滤和纳滤之间的一种膜分离过程。超滤膜的膜通量、抗污染性能及使用寿命与膜材质有密切关系。为了增加超滤膜的性能，对膜材料进行有机-

2、无机改性是常用的方法，改性后的膜兼具有机和无机膜的优良特征，其物化稳定性、抗污染能力、分离特性和渗透性及膜孔结构完善程度均大大提高。　　近年来，无机纳米材料的快速发展为膜材料的开发与设计开辟了新的方向。无机纳米材料，如二氧化钛(TiO2)、氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)和碳纳米管(T)等，由于其性能稳定且易于制备，促进了纳米复合膜的发展。无机纳米材料与膜基质结合后，较大的表面积和孔隙通道，增加了膜的亲水性，同时全面有效地提高膜整体的分离效率。笔者综述了近年来无机纳米材料在超滤膜方面的

3、最新进展和应用，主要包括TiO2、Al2O3、SiO2、T、银纳米粒子及其他无机纳米材料，并详述其应用于超滤膜的作用效果。　　2TiO2　　纳米TiO2的粒径只有普通TiO2粒径的百分之一到千分之一，即10～100nm。纳米TiO2具有化学稳定性、抗腐蚀性、强氧化还原性，自净能力较强，同时具有高选择性和反应活性，加上其难溶、无毒性和成本低廉等性质，使其在环保领域应用前景广阔。TiO2应用于超滤膜中可以增加复合膜的亲水性，如研究发现，添加纳米TiO2可以使PES超滤膜的亲水性增加。TiO2还可以提

4、高超滤膜的抗污性能，如经污水厂活性污泥运行和机械清洗处理后，改性的PES超滤膜的膜通量的恢复率比未改性的PES超滤膜恢复率高25.3%。添加纳米TiO2还可以改善膜的内部结构，纳米TiO2可以使TiO2/PVDF复合膜表面具有更小的平均孔径和更多的膜内部孔隙，因此可以改善膜的结构和性能，提高膜的抗污染性能。　　在PVDF铸膜液中添加TiO2纳米线，发现复合膜的微孔结构、力学性能、热稳定性、亲水性、渗透性及抗污染性能均提高。另外，不同含量(0-4%)纳米TiO2颗粒制备的PVDF/TiO2复合膜比

5、纯膜去除大肠杆菌的速率快，纳米TiO2含量在4%时除菌效果最好。在UV光照条件下，与纯PVDF膜相比，PVDF/TiO2复合膜的光催化特性明显增强，纳米TiO2含量为2%-4%的复合膜的抗污染和自净的性能良好，且膜污染后，复合膜的跨膜压力和水通量可以通过UV处理快速恢复。　　3Al2O3　　纳米Al2O3作用于超滤膜，有着机械强度大、化学稳定性好、抗微生物能力强、使用寿命长等特点，目前广泛应用在污水处理、海水淡化、饮用水净化、药物浓缩分离等领域。研究发现，以Al2O3/TiO2混合填料应用于聚偏

6、氟乙烯(PVDF)超滤膜，以乳化油废水处理，无机纳米复合超滤膜的通量恢复率比纯膜高6.8%。以聚醚砜(PES)膜添加1%的Al2O3制成的纳米复合超滤膜，在跨膜压差0.5Mpa下，纯PES膜和纳米复合超滤膜的膜孔隙率分别为68和66.6%，以乳清蛋白进料处理后，其初始通量分别为1.2和1.99L/m2h，纯水通量分别为3.9和4.63L/m2h，通量恢复率分别为58.2和96.1%。当以Al2O3添加量0.4%加入纯PES膜后，纯PES膜和纳米复合超滤膜的膜孔隙率分别为52和62%，以血清蛋白进

7、料处理后，发现纯水膜通量分别为181和209L/m2h。　　4SiO2　　纳米SiO2(粒径≤100nm)具有的尺寸效应和宏观量子隧道效应使其产生淤渗作用，可以深入到高分子链的不饱和键附近，并和不饱和键的电子云发生作用，改善高分子材料的热稳定性、光稳定性和化学稳定性，达到提高产品的抗老化性能及耐化学性等目的。以Ce/SiO2为填料加入PES制成的超滤膜，在跨膜压差0.05Mpa下，纯PES膜和纳米复合超滤膜的膜孔隙率分别为78.6和41.7%，用乳化油废水处理后，截留率分别为98.3%和9

8、8.9%。以SiO2为填料加入二醋酸纤维素(CA)制成的超滤膜，添加量为4%，以血清蛋白进料处理后，发现初始通量分别为5.2和19.8L/m2h，纯水通量分别为15.6和46.7L/m2h，截留率分别为94和81%，通量恢复率分别为61和75%。以SiO2为填料加入聚砜(PS)膜制成的超滤膜，添加量为3%，纯PS膜和纳米复合超滤膜膜孔隙率分别为36.2和79.17%，以乳化油废水进料处理后，发现初始通量分别为1.08和19.32L/m2h，通量恢复率分别为10.3和34.01%。　　5T　　T由