水处理中耐污染超滤膜制备研究进展

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1、·172·新膜过程研究与应用研讨会论文集2008年12月水处理中耐污染超滤膜制备研究进展张立卿，王磊。，张东海，蔡俊恒(西安建筑科技大学环境与市政工程学院，西安710055)摘要：以膜为核心的水处理技术成为当今水质净化与再生目标的重要处理工艺，在外在条件优化的基础上，制备耐污染膜得到广泛关注．从膜法水处理角度，分析了膜特征对膜污染的影响，详细阐述了耐污染膜研究的方向，并从膜结构参数(膜孔径、孔隙率)控制、亲水特性改变、荷电性增强三方面探讨了浸没相转化法制备耐污染膜的研究进展，并针对耐污染膜改性领域今后的研究提出建议．关键词：耐污染；膜

2、形貌结构；亲疏水性；表面荷电性；改性随着经济的持续发展，环境污染问题的日益加剧，水质指标的进一步严格，膜分离技术在水质净化中的应用倍受关注．在诸多的膜分离中，为适应原水的复杂特性，包括水中持久性有害物质的去除，以超滤为核心的水质净化技术成为当今水质净化与再生目标的重要处理工艺，已被誉为第三代水处理工艺⋯1．因此，针对膜性能和应用特性的研究也随之受到关注．然而，限制膜技术在水质净化中普及应用的主要原因是膜的耐久性与膜污染问题，尚需进行深入的研究．目前，针对膜污染控制方法主要着眼于两个大的方面：(1)膜分离技术在水处理领域应用的初期，主要

3、强化原水预处理、优化膜处理工艺过程及运行参数和采用恰当的膜功能再生方法．这种以改变外因条件调控膜污染的思路，在一定程度上缓解了膜污染问题；(2)随着认识的深化，在外在条件优化的基础上，又对膜自身物化性能进行改进，来提高膜的耐污染能力，实现膜污染控制，延长膜寿命，这样解决膜污染问题更接近，因而是重要的方法．以往研究耐污染膜的研制，主要针对于膜的亲水性的提高，包括对亲水性膜材料的选择、共混膜材料的优化及膜表面的涂覆、表面接枝共聚、等离子体处理等．对于耐污染超滤膜的研制，除了对膜亲水性改性方面的研究，膜结构的优化也是控制膜污染的有效方法，本

4、论文首先分析了耐污染超滤膜的改性研究方向，并从膜结构参数(膜孔径、孔隙率)控制、亲水特性改变、荷电性增强三方面探讨了浸没相转化法制备耐污染膜的研究进展．1耐污染超滤膜改性研究方向目前关于膜污染机理进行了较多的研究．有资料报道L2-4J，膜污染与膜形貌有关，膜孔径越大，越易引起膜污染，而且膜的胶体污染与表面粗糙度几乎完全相关，粗糙度越大的膜通量衰减越严重；Wang等【5J也通过膜结构参数模型较好的描述了溶解性有机物对膜污染的影响．说明对于超滤膜来说，膜污染与膜的结构参数具有一定的相关性；另外，Taniguchi等【6J研究得出，滤饼层形

5、成的可逆污染与膜表面化学特性无明显关系，而不可逆污染则明显取决于膜表面化学性质．根据膜一水一溶质之间的Hamaker比例常数可知，疏水性溶质和疏水性膜之间作用力更大，污染更严重．Bouchard等【7j研究也发现，膜与污染物之间的吸附作用主要包括极性和非极性的关系．而非极性键情况下污染更严重，倾向于形成不可逆污染[8]8；另外，膜表面电荷越高，亲水性越强，膜耐污染性越强．收稿日期：2008—10—30基金项目：“973”前期专项资助课题(2008a弭17211)；陕西省自然科学基金资助项目(SJ08一ZT07)；西安建筑科技大学青年科

6、技基金项目(QN0812)；西安建筑科技大学人才基金项目(RC0718)作者简介：张立卿(1980一)，女，河jE石家庄人，博士生，从事废水生物处理与回用净化．*通讯联系人(wIJDl78@126．∞m)论文集张立卿等：水处理中耐污染超滤膜制备研究进展·173·因此，为降低膜污染，耐污染膜改性研究最终也是从物理结构和化学性质等方面进行膜性能优化．其中，膜物理结构特征主要包括：平均孔径、孔径分布、孔隙率、粗糙度、厚度、孔结构等；化学性质主要包括：膜面Zeta电位、亲疏水性等特征．对于超滤膜来说，其分离截留机理主要为筛分效应，另外吸附作用

7、和静电相互作用也起一定的作用，因此对于耐污染膜改性研究主要从以下三个方面进行：(1)膜结构改性方面，开发小孔径，高孑L隙率，表面光滑的超滤膜；(2)新型亲水性膜的研发；(3)荷电膜改性研究．2耐污染超滤膜改性研究进展2．1膜结构优化2．1．1制膜过程中结构可控研究二般来说，膜微孔形成机制主要包括：相变机理、形变机理、置换机理及自组装机理等，对于浸没沉淀相转化法来说，膜结构是在热力学因素和动力学因素共同影响下形成的[9J9，既存在相变过程又包含溶剂月E溶剂的置换作用，制膜液组成和成膜条件共同决定了所得超滤膜的结构．因此，常见的膜结构控制

8、方法主要包括：浊点和相分离曲线、铸膜液组成及成膜条件控制、添加剂溢出等方法．对于聚合物倩剂月E溶剂三元体系，B()OM等[10]提出了一个半经验性质的线性浊点关系式(LCP关系)来描述三元体系发生液一液分相时的组成：h龛