金屬有機(jī)骨架復(fù)合膜的制備及其抗污染機(jī)制研究.pdf

1、膜分離技術(shù)作為一種新型的現(xiàn)代分離技術(shù)，既能對廢水中存在的雜質(zhì)及污染物進(jìn)行有效的截留以及去除，又能對水中的可利用物質(zhì)進(jìn)行回收再利用，還具有節(jié)能、無二次污染、設(shè)備簡單易操作，效率高等優(yōu)點(diǎn)，因此在水處理技術(shù)中得到了廣泛應(yīng)用及推廣。但在膜分離技術(shù)中不可避免的存在膜污染問題，膜污染現(xiàn)象通常表現(xiàn)為膜滲透通量下降，分離效率降低等。會導(dǎo)致能耗加大、膜使用壽命大大縮減，進(jìn)而增加處理成本。因此制備具有較優(yōu)良抗污染性能的膜材料在廢水處理，海水淡化等領(lǐng)域具有重

2、大意義。本論文針對在膜分離技術(shù)過程中的膜有機(jī)污染以及海水淡化效率較低等問題，以金屬有機(jī)骨架ZIF-8為載入材料，通過層層自主裝技術(shù)(LBL)制備具有較高滲透通量以及較好抗污染性能的金屬有機(jī)骨架復(fù)合膜材料，在正滲透系統(tǒng)中評估所制備的復(fù)合膜材料在海水淡化方面的性能，在終端過濾系統(tǒng)中考察制備的復(fù)合膜材料對天然有機(jī)污染物(NOM)的抗污染性能并利用XDLVO理論解析其抗污染機(jī)理。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴采用層層自組裝技術(shù)，在正滲透膜表

3、面負(fù)載金屬有機(jī)骨架材料ZIF-8，制備金屬有機(jī)骨架正滲透膜。并利用掃描電子顯微鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)以及X射線能譜儀(XPS)等表征手段證明膜材料已成功制備，ZIF-8已在正滲透膜表面形成連續(xù)的共生性較好的膜層，且膜表面變得較為粗糙。接觸角測試表明金屬有機(jī)骨架正滲透膜具有較小的接觸角，相對于FO膜展示出了較好的親水性能，從而阻止污染物在膜材料表面的沉積，附著以及黏附。并在正滲透裝置中，測試金屬有機(jī)骨架正滲透膜對不同價(jià)態(tài)鹽離

4、子去除的普適性，分別選取KCl、NaCl、MgCl2與CaCl2作為驅(qū)動液，去離子水作為原水。當(dāng)負(fù)載了0.5％(w/v)的ZIF-8時(shí)，膜材料的水通量從20LMH提高至31LMH，提高幅度高達(dá)55％。而且其相比于FO膜展示出了較低的反向鹽通量，對不同價(jià)態(tài)的鹽離子都具有較好的截留效果。說明ZIF-8的載入不僅提高了膜材料的滲透通量，而且對不同價(jià)態(tài)的鹽離子的去除都有較好的普適性。⑵同樣采用層層自組裝技術(shù)，在超濾膜表面負(fù)載金屬有機(jī)骨架材料ZI

5、F-8，制備金屬有機(jī)骨架超濾膜。在終端過濾系統(tǒng)中考察其對天然有機(jī)物腐殖酸、蛋白質(zhì)以及兩者混合液的抗污染性能。研究發(fā)現(xiàn)金屬有機(jī)骨架超濾膜的滲透通量較PES膜相比，提高幅度高達(dá)47％(82.18 L·m-2·h-1提高至120.78 L·m-2·h-1)。并進(jìn)行了腐殖酸、蛋白質(zhì)及兩者混合溶液的過濾試驗(yàn)，結(jié)果表明J/J0的下降趨勢隨著ZIF-8的載入及其濃度增大得到明顯緩解，表明所制備的金屬有機(jī)骨架超濾膜對有機(jī)污染有著較好的抗污染性能。用GP

6、C測定濾液中腐殖酸分子的大小及其分布，結(jié)果表明較大分子量的腐殖酸分子與較小分子量相比更容易被去除，且金屬有機(jī)骨架超濾膜經(jīng)過去離子水清洗和化學(xué)清洗之后，純水通量恢復(fù)率高達(dá)84.5％和95.9％。而PES膜的純水通量恢復(fù)率僅為49.5％和60.8％，表明制備的金屬有機(jī)骨架超濾膜對有機(jī)污染具有較好的可逆性。⑶通過XDLVO熱力學(xué)計(jì)算可知，金屬有機(jī)骨架超濾膜與有機(jī)污染物之間的總自由能為正值，有利于緩解及抑制膜污染，當(dāng)復(fù)合膜被污染之后，由于表面沉