XDLVO理論解析溶解性微生物產(chǎn)物微濾膜污染機制.pdf

1、膜污染嚴重限制了微濾膜的廣泛應用，而溶解性微生物產(chǎn)物(SMP)作為一種主要污染物，在膜過濾的過程中能夠造成嚴重的不可逆污染。用extended Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek(XDLVO)理論定量解析SMP微濾(MF)膜污染過程中的界面相互作用，探究不同溶液pH對SMP微濾膜污染的影響，以及三種界面相互作用在SMP微濾膜污染中所起的作用。
　　 研究結(jié)果表明，對海藻酸鈉來說，在實驗所涉及到的pH

2、范圍內(nèi)，三種界面自由能中，在粘附階段和粘聚階段，極性力界面自由能(△GAB)都起主導作用，決定總界面自由能的正負性質(zhì)。范德華力界面自由能(△GLW)絕對值較小，靜電力界面自由能(△GEL)絕對值最小，對膜污染影響微弱。所以，可推斷△GAB的改變對pH影響系統(tǒng)界面自由能起主導作用。疏水性的聚偏氟乙烯(PVDF)膜與海藻酸鈉之間的作用是引力作用，而親水性的聚醚砜(PES)膜與海藻酸鈉之間的作用是斥力作用，從而導致了物理清洗中PES膜的阻力去

3、除率高于PVDF膜。
　　 pH主要通過改變極性作用力自由能影響微濾膜的海藻酸鈉污染行為，對同一種膜，在粘附階段，隨pH值升高，占主導作用的極性力作用能△GADAB升高，從而使得總作用能△GADTOT升高，表現(xiàn)為微距作用范圍內(nèi)界面間的引力減弱，斥力增強。在粘聚階段，隨pH升高，藻酸鈉的親水性增強導致占主導作用的極性力作用能△GCOAB升高，藻酸鈉與藻酸鈉之間的粘聚作用能△GCOTOT升高。不同pH下的同一種膜的海藻酸鈉過濾實驗粘

4、附階段污染趨勢(k)為pH5＞pH7＞pH8＞pH9，這與膜-海藻酸鈉之間的粘附自由能(△GADTOT)有較好的相關性。粘聚自由能(△GCOTOT)則與過濾實驗的粘聚階段的膜污染趨勢有較好的相關性。粘附自由能為引力的PVDF膜的不可逆污染更為嚴重，而且不可逆污染主要發(fā)生在粘附階段。這說明XDLVO理論可以預測微濾膜的海藻酸鈉污染趨勢。
　　 對BSA來說在實驗所涉及到的pH范圍內(nèi)，三種界面自由能中，在粘附階段和粘聚階段，極性力都

5、起主導作用，決定總界面自由能的正負性質(zhì)。范德華力界面自由能絕對值較小，靜電力界面自由能絕對值最小，對膜污染影響微弱。所以，可推斷極性力作用能的改變對pH影響系統(tǒng)界面自由能起主導作用。pH主要通過改變極性作用力自由能影響微濾膜的BSA污染行為，對同一種膜，在粘附階段，在不同的溶液pH條件下，占主導作用的極性力作用能△GADAB變化規(guī)律為pH10＞pH7＞pH3＞pH4.7，從而使得總作用能△GADTOT也具有相同的變化規(guī)律，表現(xiàn)為微距作用

6、范圍內(nèi)pH4.7時界面間的引力最強，斥力最弱，pH10時界面間的引力減弱，斥力增強。在粘聚階段，BSA的親水性隨pH的變化導致占主導作用的極性力作用能△GCOAB的變化規(guī)律為pH10＞pH7＞pH3＞ pH4.7，當pH4.7時，△GCOAB最低，BSA與BSA之間的粘聚作用能△GCOTOT也最低。根據(jù)粘附自由能和粘聚自由能預測的膜污染趨勢分別與過濾實驗的粘附階段和粘聚階段的膜污染趨勢有較好的相關性，這說明XDLVO理論可以預測微濾膜的