采用聚合多巴胺對有機(jī)膜親水接枝改性及生物污染特性的研究.pdf

1、膜污染是膜技術(shù)在廢水處理領(lǐng)域應(yīng)用和進(jìn)一步發(fā)展的主要障礙，而提高膜的親水性是解決膜污染的主要途徑之一。本文以多巴胺自聚合性及其化學(xué)特性為背景，通過對PVDF微濾膜和CTA正滲透膜活性層涂覆聚合多巴胺和接枝氨基聚乙二醇（mPEG-NH2），實(shí)現(xiàn)膜表面功能化；再對改性膜進(jìn)行膜性能表征，并著重研究了改性膜在膜生物反應(yīng)器（MBR）中的膜污染特性。首先，通過膜表面的聚合多巴胺層將氨基聚乙二醇（mPEG-NH2）接枝至PVDF微濾膜和CTA正滲透膜活

2、性層表面，并考察膜表面的形態(tài)結(jié)構(gòu)、粗糙度、親水性和滲透通量等基本參數(shù)。接著，本文分別針對在MF-MBR短期恒壓和長期恒流運(yùn)行條件下的PVDF微濾膜，在OMBR中短期和長期運(yùn)行條件下的CTA正滲透膜，考察改性對水通量、鹽反混通量、膜表面EPS、通量恢復(fù)率等參數(shù)的影響。
　　本文主要得出如下結(jié)果：
　?。?）場發(fā)射掃描電鏡（FESEM）和原子力掃描電鏡（AFM）的分析結(jié)果顯示，多巴胺涂覆及接枝改性使PVDF微濾膜孔縮小和孔隙率降

3、低；PVDF膜及CTA膜表面粗糙度均有所增加。涂覆改性與接枝改性使膜表面的親水性增強(qiáng)，PVDF原膜接觸角為76.3°，多巴胺改性膜和PEG接枝膜接觸角分別為56.2°和50.3°；CTA原膜接觸角為91.4°，多巴胺改性膜和PEG接枝膜接觸角分別為71.2°和64.2°。經(jīng)多巴胺涂覆后，PVDF膜和CTA膜純水通量分別降至原膜的0.87和0.93倍；再經(jīng)PEG接枝后，兩者純水通量進(jìn)一步降低；多巴胺涂覆與PEG接枝CTA膜的鹽反混通量分別

4、為原膜的0.90和0.86倍。CTA原膜經(jīng)多巴胺涂覆和mPEG-NH2接枝后，其水滲透系數(shù)（A）出現(xiàn)一定量的減小，分別降至原膜的0.98和0.93倍；鹽滲透系數(shù)（B）降至原膜的0.83和0.51倍；而支撐層結(jié)構(gòu)參數(shù)（S）分別比CTA原膜大18％和33%。
　?。?）PVDF微濾膜在MF-MBR短期恒壓運(yùn)行時，涂覆或接枝時間越長，改性膜水通量衰減越慢，表現(xiàn)出了一定的抗通量衰減能力，并且接枝mPEG-NH2后，膜通量衰減得到進(jìn)一步減緩

5、；在長期恒流運(yùn)行時，當(dāng)所有污染膜經(jīng)清洗后回用，其比膜通量衰減加劇，但PEG接枝改性膜仍舊表現(xiàn)出了較好的抗通量衰減能力。膜阻力和FESEM分析結(jié)果表明涂覆和接枝物質(zhì)可能有效抑制了難清洗污染物質(zhì)在PVDF膜孔隙中的積累和吸附，同時也抑制了蛋白質(zhì)類物質(zhì)在膜表面的積累。經(jīng)50°C，1%的表面活性劑的清洗后，PVDF原膜、多巴胺改性膜和PEG接枝膜的通量恢復(fù)率分別達(dá)到57.2%，71.6%和81.1%。
　?。?）CTA改性膜在OMBR短期

6、運(yùn)行時，隨著涂覆或接枝時間的增加，改性膜水通量衰減漸趨平緩，表現(xiàn)出一定的抗通量衰減能力；鹽反混通量的變化趨勢則與水通量相似。在長期過濾階段，改性膜都表現(xiàn)出一定的抗污染能力；有趣的是，鹽/水通量比率始終是一個穩(wěn)定值，并不受水通量或鹽通量的衰減而發(fā)生太大變化。第一個過濾周期后，多巴胺改性膜表面濾餅層中蛋白質(zhì)與多糖的總含量和蛋白質(zhì)占比均低于原膜；PEG接枝改性膜表面蛋白質(zhì)占比比多巴胺涂覆膜低5.69%。經(jīng)水力清洗后，CTA原膜、多巴胺改性膜和

7、PEG接枝膜均有高達(dá)90%的水通量恢復(fù)率，再經(jīng)1 h滲透反洗操作后，所有CTA膜的水通量恢復(fù)率有微弱提升。
　　污染CTA膜經(jīng)清洗并再使用一個過濾周期后，所有CTA膜活性層表面均被塊狀污染物層覆蓋，受到嚴(yán)重膜污染。相對于多巴胺改性膜和PEG接枝膜，CTA原膜表面附著的蛋白質(zhì)和β-多糖均最少。這表明多巴胺改性膜和PEG接枝膜表面的膜污染狀況更為嚴(yán)重，可能是因?yàn)槟で逑礈p弱了改性膜表面聚合多巴胺層和PEG接枝層的抗污染特異性，同時OMB