利用聚合多巴胺及PEG對(duì)PVDF中空纖維膜進(jìn)行表面功能化的研究.pdf

1、膜污染是膜技術(shù)在污水處理方面應(yīng)用的主要障礙，膜親水改性是改善膜污染的主要方法之一。受自然界生物粘附現(xiàn)象的啟發(fā)，本研究以多巴胺作為研究對(duì)象，通過(guò)涂覆多巴胺對(duì)PVDF中空纖維膜進(jìn)行親水改性，并利用聚合多巴胺(PDOPA)的強(qiáng)附著性進(jìn)一步進(jìn)行氨基聚乙二醇(mPEG-NH2)接枝改性，實(shí)現(xiàn)微濾膜表面功能化。本文研究了不同反應(yīng)條件下的膜改性效果;分別對(duì)牛血清蛋白溶液和乳化油溶液及好氧活性污泥混合液進(jìn)行過(guò)濾，分析膜的抗污染性能;通過(guò)物理、化學(xué)和超聲

2、的清洗方法對(duì)污染膜進(jìn)行清洗，分析清洗效果，提出最佳清洗方案。
　　PVDF中空纖維膜經(jīng)過(guò)多巴胺涂覆改性后，膜表面覆蓋一層棕褐色PDOPA涂覆層，通過(guò)掃描電鏡(SEM)分析，結(jié)果顯示，經(jīng)過(guò)改性后膜孔隙減小，膜表面變得更光滑。通過(guò)斷面電鏡分析，改性過(guò)程主要集中于膜表面，對(duì)膜孔內(nèi)部影響較小。通過(guò)傅里葉紅外光譜(FTIR)分析表明，多巴胺在PVDF中空纖維膜外表面發(fā)生聚合反應(yīng)，形成含有氨基(-NH2)、羥基(-OH)及苯環(huán)結(jié)構(gòu)的PDOPA

3、;mPEG-NH2與PDOPA在膜表面發(fā)生接枝反應(yīng)。改性膜的接觸角(CA)顯著降低;隨著多巴胺溶液濃度及涂覆時(shí)間的增加，膜表面的接觸角逐漸減小，改性膜親水性提高。mPEG-NH2接枝進(jìn)一步減小接觸角;并隨mPEG-NH2濃度、相對(duì)分子質(zhì)量及接枝時(shí)間的增加，接觸角降低，親水性提高明顯。接枝溫度在50～60℃之間時(shí)接觸角有最低值。隨多巴胺溶液濃度和涂覆時(shí)間的增加，PDOPA改性膜純水通量呈先增加后減小的趨勢(shì)。在多巴胺溶液濃度為0.5mg/m

4、L，涂覆反應(yīng)60min時(shí)，得到的改性膜的純水通量最大值為219.4L/(m2·h)，較未改性PVDF原膜提高27.84％。隨mPEG-NH2相對(duì)分子質(zhì)量、接枝時(shí)間、溶液濃度的增加，膜純水通量逐漸減小;隨接枝溫度增加，通量先降低后增加，溫度在50～60℃之間時(shí)出現(xiàn)最小通量。
　　通過(guò)對(duì)乳化油溶液過(guò)濾，進(jìn)一步研究改性膜對(duì)疏水性物質(zhì)的抗污染性能。PDOPA改性膜通量的衰減速率均小于未改性膜，多巴胺溶液的濃度和涂覆時(shí)間均影響膜通量衰減的速

5、率。8mg/mL多巴胺溶液涂覆改性90min后，穩(wěn)定通量較未改性膜提高55.27％。改性膜對(duì)乳化油截留率提高，8mg/mL多巴胺溶液120min涂覆改性后，率達(dá)到95.1％。90minPDOPA改性膜接枝mPEG-NH2后，截留率均達(dá)到90％以上。多巴胺涂覆可以減緩過(guò)濾牛血清蛋白溶液過(guò)程中膜通量的衰減過(guò)程。過(guò)濾牛血清蛋白溶液，30minPDOPA改性膜穩(wěn)定通量較未改性膜提高了8.72％;涂覆時(shí)間為60min時(shí)，截留率為66.96％，較未

6、改性膜提高35.33％。
　　最后，對(duì)污染膜采用不同的清洗方法，對(duì)比通量恢復(fù)情況。對(duì)于過(guò)濾牛血清蛋白溶液，化學(xué)反沖洗有較好的效果，牛血清蛋白污染膜經(jīng)過(guò)1％草酸+0.5％NaClO溶液清洗后，未改性PVDF原膜通量恢復(fù)率為53.68％，PDOPA涂覆改性膜為69.56％，PDOPA-g-PEG改性膜通量恢復(fù)率接近80％。草酸清洗對(duì)乳化油污染膜效果不明顯，提高清洗液的溫度有利于提高乳化油污染膜的通量恢復(fù)，超聲條件下通過(guò)表面活性劑清洗后