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研究領域的熱點在高鹽水零排放、海水淡化綜合利用以及垃圾滲濾液處理等領域的技術優(yōu)勢已初見端倪。而內濃差極化（ICP）仍然是 FO進一步推廣的技術障礙之一，雙面聚合的方法被認為是減緩FO工藝內濃差極化的有效手段。本課題研究內容是采用商業(yè)聚醚砜（PES）微濾膜作為基底膜，通過聚乙烯醇（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。在此基礎上通過 PVA中摻雜氧化

2、石墨烯（GO）進行涂覆層改性，使FO膜的結構趨于完整，性能趨向穩(wěn)定，同時在一定程度上提升膜的水通量、抗污染等特性。實驗中制備的雙面正滲透膜分別采用標準測試方法和模擬污染物進行正滲透膜參數(shù)測定，以膜的截鹽率、結構參數(shù)、水通量、鹽通量等重要參數(shù)對 FO膜進行綜合評價。
　　首先，對基底膜正反兩面分別進行界面聚合和 PVA交聯(lián)聚合，探究所制備的雙面正滲透膜（S-PVA膜）的結構構型、活性層表面微觀形貌以及正滲透過程中的運行效能。實驗結果

3、表明：經過涂覆， S-PVA膜表面仍然觀測到明顯的膜孔；PVA涂覆層的粗糙度要小于界面聚合層。同時膜的潤濕性測試顯示，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。膜的正滲透測試中分別采用AL-FS模式（活性層對著原料液一側）和AL-DS模式（活性層對著汲取液一側），兩種模式下均在 PVA涂覆液濃度為0.4wt％時達到最大水通量，分別為17.01LMH（AL-FS）和23.95LMH（AL-DS），此時的鹽通量分別為

4、6.3gMH（AL-FS）和9.9gMH（AL-DS）；而在涂覆液濃度為0.8wt%時，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 S-PVA膜初步改性后截鹽率不高和穩(wěn)定性不足的問題，采用PES基底膜正反兩面均做PVA涂覆，進一步在正面做界面聚合。實驗結果表明：因

5、為有了 PVA交聯(lián)網(wǎng)絡對微濾膜表層大孔隙孔洞的填充，對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，結構更加完整致密，表面也更加光滑，同時聚酰胺一側的潤濕性測試表明，PVA涂覆緩解了聚酰胺本身帶來的疏水特性。膜的正滲透測試中， 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，但鹽通量的波動小于 S-PVA膜，表明膜的穩(wěn)定性要明顯優(yōu)于S-PVA

6、膜。
　　最后，在前兩者的基礎上對膜的制備工藝進一步優(yōu)化，在交聯(lián)液PVA中摻雜 GO再進行如 D-PVA過程涂覆，并對該膜（D-PVA/GO膜）的結構性能、運行效能等進行綜合探究。實驗結果表明：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)絡更加致密，基本能有效掩蓋微濾膜表面孔隙，同時保證 PVA交聯(lián)液不向膜內深處滲透，減少膜孔堵塞引起的傳質阻力。測試數(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，D-PVA/GO膜較D-PVA膜水通量最高提升23.8%，對鹽的截留率可達98.5%，對污染物W-oil、BSA、SA的截留率也得以提升分別能達到99.3%、98.9%、99.0%。膜的結構參數(shù)也較前兩種膜波動區(qū)間更小，這表明隨著 GO的摻雜及改性過程的完善，膜的結構更加穩(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現(xiàn)