GO-TiO2改性PVDF超滤膜的制备及其截留性能研究

来源 :广东工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:abcttf2005
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聚偏氟乙烯(PVDF)由于化学稳定性好、机械强度高、抗老化等优点,成为最受欢迎的膜材料之一。但是,由于PVDF耐污染性能比较差,导致膜运营动力成本提高和膜寿命减短等问题产生。本课题采用高亲水性的氧化石墨烯(GO)和二氧化钛(TiO2)作为改性剂,利用抽滤吸附与界面聚合联合改性方法,对PVDF中空纤维超滤膜(简称原膜)进行表面改性,得到GO-TiO2复合改性中空纤维超滤膜(简称GO-TiO2改性膜)的最佳制备条件。考察该改性膜在“混凝-超滤”联合工艺中,对含溴氰菊酯农药微污染水的截留性能。主要研究成果如下:1.利用正交实验和连续性实验,得出GO-TiO2改性膜的最佳制备条件为:钛酸丁酯(TBOT)2ml、GO 1mg、间苯二胺(MPD)1wt%、MPD浸泡时间8min、1,3,5-苯三甲酰氯(TMC)0.2wt%、TMC浸泡时间10min。2.不同改性剂与改性方式,对膜抗污染性能和分离性能的改善也显著不同,其抗污染性能和分离性能高低依次为:(1)在改性剂选择上:GO-TiO2>GO>TiO2。(2)在改性方式上:抽滤吸附+界面聚合>界面聚合>抽滤吸附。其中GO-TiO2抽滤吸附+界面聚合联合改性工艺对超滤膜的抗污染性能、分离性能改善最显著(HA吸附量158.6mg/m2,HA截留率90.1%)。3.GO-TiO2改性膜比原膜的抗污染性能和分离截留性能有显著提高:腐殖酸(HA)静态吸附量由295.0 mg/m2下降到158.6 mg/m2,HA的截留率从81.0%上升到90.1%。4.GO-TiO2改性膜比原膜的亲水性能得到明显改善。其表面亲水性功能层为GO-聚酰胺-TiO2复合结构,膜表面富含大量的-COOH、-OH等亲水性基团,膜表面O/C元素质量比由改性前的0.109提高到改性后的0.556,其水接触角由(80.6±1.8°)下降到(38.6±1.2°)。5.GO-TiO2改性膜通量衰减得到很大程度延缓:通量总衰减率由改性前的51.2%下降到改性后的35.6%;不可逆污染向可逆污染转化,不可逆衰减率由24.3%下降到7.1%。6.GO-TiO2改性膜比原膜的过滤周期延长了23倍。当通量损失30%时,GO-TiO2改性膜过滤时间由改性前的240min延长到改性后的570min。7.水力反冲洗能有效提高GO-TiO2改性膜的通量恢复率。经过5次“过滤-清洗”周期后,通量恢复率由改性前的69%上升到94%。8.在直接混凝、直接超滤和“混凝-超滤”三种工艺中,GO-TiO2改性膜对微污染物溴氰菊酯的去除效果高低依次为:混凝-超滤>直接混凝>直接超滤。其中,采用GO-TiO2改性膜的“混凝-超滤”联合工艺去除效果最优(高达83.7%)。9.GO-TiO2改性膜良好的亲水性能显著延缓了膜污染的速度。对溴氰菊酯水样过滤300min后,原膜的膜通量损失率为39.8%,而GO-TiO2改性膜的通量损失率则下降至20.4%。综上所述,经过改性后的GO-TiO2改性膜抗污染性能改善明显,同时对溴氰菊酯农药微污染水的截留能力也有较大程度的提高。
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