FE304-PSF雜化膜過濾性能及其在吸附除磷中的應用.pdf

1、超濾膜廣泛應用于水處理、食品加工、醫(yī)療等領域的分離和純化過程，而膜材料是影響超濾膜應用性和功能性的關鍵。為彌補常規(guī)單一有機和無機膜材料的不足，有機-無機雜化形成的復合基質(zhì)膜成為膜材料領域的研究熱點之一。本研究將四氧化三鐵(Fe3O4)納米顆粒投加至聚砜(PSf)鑄膜液中，通過非溶劑誘導相轉(zhuǎn)移(NIPS)方法制備了不同F(xiàn)e3O4摻雜量的PSf雜化膜(Fe3O4/PSf)，考察了Fe3O4摻雜量對雜化膜結(jié)構(gòu)及過濾性能的影響，以及高摻雜量下雜

2、化膜所具有的磷吸附性能。
　　分別采用化學共沉淀法（chemical co-precipitation method）和水熱法（solvothermal method）制備了Fe3O4納米顆粒，兩者均具有典型的Fe3O4晶體特征，但微觀結(jié)構(gòu)差異顯著。透射電子顯微鏡下觀察到實驗制得的co-precipitation-Fe3O4粒徑為10nm左右，小于solvothermal-Fe3O4，但前者由于團聚現(xiàn)象導致其在溶劑中的分散性較差，

3、所形成的聚集體粒徑約為825nm，反而大于分散性相對良好的so-Fe3O4。不同方法制得的Fe3O4會引起Fe3O4/PSf雜化膜形貌結(jié)構(gòu)的差異，主要表現(xiàn)在:少量Fe3O4的引入能增加膜斷面指狀孔結(jié)構(gòu)，且隨投加量提高，指狀孔孔道更加開闊;加入co-Fe3O4對膜斷面指狀孔形成影響更顯著。加入Fe3O4后，雜化膜孔隙率顯著提高，并且投加量為1％和8％時，膜表面平均孔徑增大，結(jié)構(gòu)上的變化使得雜化膜具有更小的過濾阻力，過濾通量顯著提升。當co

4、-Fe3O4摻雜量為8％時，雜化膜在0.1MPa下的純水通量達到663L/m2·h，是未摻雜PSf膜的2倍，是摻雜相同量so-Fe3O4的雜化膜的1.1倍。但Fe3O4的引入對膜表面的親疏水性影響并不明顯，投加量為1％有最小接觸角值(71°)，4％時有最大接觸角值(85°)，并且Fe3O4制備方法和投加量對其影響不大，表明雜化膜仍呈現(xiàn)較強的疏水性特征。因此在過濾0.3g/L牛血清蛋白溶液時，通量在40min內(nèi)下降幅度最高達到30L/m2

5、·h，并且經(jīng)水力反洗后，純水通量最高僅能恢復至初始通量的21％。摻雜少量Fe3O4納米顆粒雖然能夠獲得高通量PSf雜化膜，但是其抗污染性能并未得到改善，而Fe3O4制備方法雖然對Fe3O4/PSf雜化膜的微觀結(jié)構(gòu)有一定影響，但在應用性能上并未表現(xiàn)出明顯差異。該雜化膜更適用于污染負荷相對較低的飲用水處理。
　　當co-Fe3O4摻雜量提高至60％、100％、120％時，雜化膜指狀孔結(jié)構(gòu)更加發(fā)達，孔道更加開闊，在0.1MPa下純水通量

6、最高可以達到785L/m2·h。通過搖床實驗考察了雜化膜對水中磷酸鹽的吸附性能。由于雜化膜中對磷有吸附作用的是暴露在外的Fe3O4，隨著Fe3O4摻雜量的增加，雜化膜對P平衡吸附量升高。當初始磷酸鹽濃度為50mg/L（以P計）時，120％-Fe3O4/PSf的平衡吸附量為0.6281mg-P/g（干重）。該吸附過程可在3h內(nèi)達到平衡，可用準二級動力學模型擬合，吸附等溫線符合Freundlich方程。通過0.01mol/LNaOH溶液可對