氧化石墨烯改性雙面正滲透膜的表征與抗污染研究.pdf

1、正滲透（Forward Osmosis, FO）作為目前膜分離技術(shù)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)在高鹽水零排放、海水淡化綜合利用以及垃圾滲濾液處理等領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢(shì)已初見端倪。而內(nèi)濃差極化（ICP）仍然是 FO進(jìn)一步推廣的技術(shù)障礙之一，雙面聚合的方法被認(rèn)為是減緩FO工藝內(nèi)濃差極化的有效手段。本課題研究?jī)?nèi)容是采用商業(yè)聚醚砜（PES）微濾膜作為基底膜，通過(guò)聚乙烯醇（PVA）交聯(lián)聚合+界面聚合的方式改性微孔濾膜使其具備脫鹽功能。在此基礎(chǔ)上通過(guò) PVA中摻雜氧化

2、石墨烯（GO）進(jìn)行涂覆層改性，使FO膜的結(jié)構(gòu)趨于完整，性能趨向穩(wěn)定，同時(shí)在一定程度上提升膜的水通量、抗污染等特性。實(shí)驗(yàn)中制備的雙面正滲透膜分別采用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法和模擬污染物進(jìn)行正滲透膜參數(shù)測(cè)定，以膜的截鹽率、結(jié)構(gòu)參數(shù)、水通量、鹽通量等重要參數(shù)對(duì) FO膜進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。
　　首先，對(duì)基底膜正反兩面分別進(jìn)行界面聚合和 PVA交聯(lián)聚合，探究所制備的雙面正滲透膜（S-PVA膜）的結(jié)構(gòu)構(gòu)型、活性層表面微觀形貌以及正滲透過(guò)程中的運(yùn)行效能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3、表明：經(jīng)過(guò)涂覆， S-PVA膜表面仍然觀測(cè)到明顯的膜孔；PVA涂覆層的粗糙度要小于界面聚合層。同時(shí)膜的潤(rùn)濕性測(cè)試顯示，PVA涂覆層的親水程度顯著增加，而界面聚合層的親水程度則下降明顯。膜的正滲透測(cè)試中分別采用AL-FS模式（活性層對(duì)著原料液一側(cè)）和AL-DS模式（活性層對(duì)著汲取液一側(cè)），兩種模式下均在 PVA涂覆液濃度為0.4wt％時(shí)達(dá)到最大水通量，分別為17.01LMH（AL-FS）和23.95LMH（AL-DS），此時(shí)的鹽通量分別為

4、6.3gMH（AL-FS）和9.9gMH（AL-DS）；而在涂覆液濃度為0.8wt%時(shí)，有最大的截留污染物值分別為乳化油（W-oil）94.8%、牛血清白蛋白（Bovine serum albumin，BSA）93.6%、海藻酸鈉（SodiumAlgiante, SA）95.86%。
　　其次，針對(duì) S-PVA膜初步改性后截鹽率不高和穩(wěn)定性不足的問(wèn)題，采用PES基底膜正反兩面均做PVA涂覆，進(jìn)一步在正面做界面聚合。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：因

5、為有了 PVA交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)對(duì)微濾膜表層大孔隙孔洞的填充，對(duì)在其上生成的聚酰胺層起到很好的支撐，使得聚酰胺活性層較 S-PVA膜在均勻性上有大幅的提升，結(jié)構(gòu)更加完整致密，表面也更加光滑，同時(shí)聚酰胺一側(cè)的潤(rùn)濕性測(cè)試表明，PVA涂覆緩解了聚酰胺本身帶來(lái)的疏水特性。膜的正滲透測(cè)試中， AL-FS模式與AL-DS模式兩種模式下水通量也維持在17LMH和25LMH，與S-PVA膜相當(dāng)，但鹽通量的波動(dòng)小于 S-PVA膜，表明膜的穩(wěn)定性要明顯優(yōu)于S-PVA

6、膜。
　　最后，在前兩者的基礎(chǔ)上對(duì)膜的制備工藝進(jìn)一步優(yōu)化，在交聯(lián)液PVA中摻雜 GO再進(jìn)行如 D-PVA過(guò)程涂覆，并對(duì)該膜（D-PVA/GO膜）的結(jié)構(gòu)性能、運(yùn)行效能等進(jìn)行綜合探究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：GO的摻雜有效的改善PVA涂覆效果，使得膜表面生成的PVA/GO交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)更加致密，基本能有效掩蓋微濾膜表面孔隙，同時(shí)保證 PVA交聯(lián)液不向膜內(nèi)深處滲透，減少膜孔堵塞引起的傳質(zhì)阻力。測(cè)試數(shù)據(jù)表明：GO摻雜于PVA中交聯(lián)能夠增加膜的水通量，在所

7、探究的GO摻雜濃度范圍內(nèi)，D-PVA/GO膜較D-PVA膜水通量最高提升23.8%，對(duì)鹽的截留率可達(dá)98.5%，對(duì)污染物W-oil、BSA、SA的截留率也得以提升分別能達(dá)到99.3%、98.9%、99.0%。膜的結(jié)構(gòu)參數(shù)也較前兩種膜波動(dòng)區(qū)間更小，這表明隨著 GO的摻雜及改性過(guò)程的完善，膜的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，使該膜在緩解濃差極化、提升抗污染性能等方面有了明顯的提高。
　　總之，通過(guò)雙面改性的方式制備的正滲透膜在水通量和鹽返混方面均能實(shí)現(xiàn)