功能納米粒子原位雜化超濾膜的構(gòu)建、抗污染性能與機(jī)理研究.pdf

1、納米粒子雜化膜因綜合了納米粒子獨(dú)特的物化性能以及聚合物膜制備簡(jiǎn)單和柔韌性良好等特征，使其具備純水通量高、親水性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，在水處理領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，利用傳統(tǒng)添加方式將納米粒子引入雜化膜的過(guò)程中，粒子的團(tuán)聚和流失問(wèn)題是雜化膜制備與應(yīng)用過(guò)程中面臨的兩大挑戰(zhàn)。本論文提出利用原位制備技術(shù)將功能納米粒子引入聚合物超濾膜鑄膜體系，構(gòu)建新型納米粒子雜化膜并開(kāi)展其抗污染性能與機(jī)理研究。通過(guò)控制納米粒子前驅(qū)物在鑄膜液體系或膜形成過(guò)程中的還原以及

2、溶膠凝膠過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了納米粒子在膜基體或膜孔道周圍的良好分散以及定向分布，有效抑制了納米粒子的團(tuán)聚現(xiàn)象。性能評(píng)價(jià)結(jié)果證實(shí)，納米粒子的原位引入可顯著提升聚合物膜的親水性能、超濾性能和抗污染性能。同時(shí)，利用基于原子力顯微鏡探針的微觀分析技術(shù)揭示了納米粒子原位雜化膜的污染行為和抗污染機(jī)理。具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)金屬納米粒子原位雜化超濾膜的制備及抗污染性能。選取Ag作為金屬納米粒子的代表，利用化學(xué)還原制備技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了Ag納米粒子在P

3、VDF鑄膜液中的原位形成，得到了粒徑約為5-10nm且均勻分散的Ag納米粒子。Ag納米粒子的原位添加加快了鑄膜液的分相速度，調(diào)控了PVDF膜的微結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了親水性和超濾性能的顯著提升。此外，Ag納米粒子原位雜化膜顯示出明顯的抗生物污染性能，可有效抑制生物膜在Ag/PVDF膜表面的形成與生長(zhǎng)。
　　(2)金屬氧化物納米粒子原位雜化超濾膜的制備及抗污染性能。選取ZnO及TiO2作為金屬氧化物納米粒子的代表，利用原位溶膠-凝膠途徑，分別

4、實(shí)現(xiàn)了ZnO納米粒子在PES鑄膜液中的原位形成，以及TiO2納米粒子在PES膜孔周圍的自組裝。針對(duì)TiO2納米粒子自組裝雜化膜的制備，通過(guò)控制TiO2納米粒子前驅(qū)物的水解縮聚速率，實(shí)現(xiàn)了TiO2納米粒子與膜基體的同步形成，并在嵌段共聚物F127的牽引作用下，得到了納米粒子在膜孔周圍的自組裝結(jié)構(gòu)。原位溶膠-凝膠制備策略的應(yīng)用，顯著改善了PES膜的親水性和純水通量，并賦予了雜化膜功能化的應(yīng)用。雜化膜展現(xiàn)出了良好的抗有機(jī)污染性能，表現(xiàn)為較高的

5、純水通量恢復(fù)率和較低的污染通量衰減率。更為重要的是，對(duì)于TiO2納米粒子自組裝PES膜，F(xiàn)127的引入有效增強(qiáng)了納米粒子的穩(wěn)定性，有利于其長(zhǎng)期抗污染性能的應(yīng)用。
　　(3)納米粒子原位雜化超濾膜的污染行為和抗污染機(jī)理探究。本研究以上述金屬氧化物納米粒子原位雜化超濾膜的制備為基礎(chǔ)，選取海藻酸鈉(SA)、牛血清蛋白(BSA)及腐殖酸(HA)作為有機(jī)污染物的代表，深入研究了該類雜化膜的污染歷程。利用AFM力學(xué)測(cè)量技術(shù)，從微觀角度揭示了有