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膜污染是超滤技术在水处理工程中工艺连续和长期运行的一个严重问题,利用可见光催化技术的优势,将可见光催化技术与超滤技术相结合,来研制具有抗污染性能的超滤膜,成为现在研究的方向。本论文以F-TiO2、Fe-g-C3N4、Mn-g-C3N4、F-TiO2/Fe-g-C3N4可见光催化剂为添加剂,结合可见光催化技术,制备了基于可见光催化剂抗污染PVDF混合基质超滤膜,研究了制膜条件,并对其抗污染性能和应用能力进行了研究。主要结论如下:
(1)采用溶胶—凝胶法制备了F-TiO2,将F-TiO2作为添加剂制备了F-TiO2/PVDF超滤膜,确定了F-TiO2/PVDF超滤膜的最佳制膜条件:添加剂F-TiO2的最佳含量为0.8wt.%,致孔剂PEG的最佳含量为9.0wt.%,最佳搅拌温度为60℃,最佳凝固浴温度为35℃。制得的F-TiO2/PVDF超滤膜纯水通量为177.86L/(m2·h),对牛血清蛋白截留率为80.72%,其接触角为73.45±0.45o,孔隙率为47.59%,表面粗糙度为Ra=6.548nm,Rq=8.332nm。
(2)采用煅烧法制备了Fe-g-C3N4,将Fe-g-C3N4作为添加剂制备了Fe-g-C3N4/PVDF超滤膜,确定了Fe-g-C3N4/PVDF超滤膜的最佳制膜条件:添加剂Fe-g-C3N4的最佳含量为0.6wt.%,致孔剂PEG的最佳含量为9.0wt.%,最佳搅拌温度为70℃,最佳凝固浴温度为35℃。制得的Fe-g-C3N4/PVDF超滤膜纯水通量为166.02L/m2·h,对牛血清蛋白截留率为84.07%,其接触角为80.20±0.10o,孔隙率为45.98%,表面粗糙度为Ra=5.687nm,Rq=6.900nm。
(3)采用煅烧法制备了Mn-g-C3N4,将Mn-g-C3N4作为添加剂制备了Mn-g-C3N4/PVDF超滤膜,确定了Mn-g-C3N4/PVDF超滤膜的最佳制膜条件:添加剂Mn-g-C3N4的最佳含量为0.4wt.%,致孔剂PEG的最佳含量为11.0wt.%,最佳搅拌温度为60℃,最佳凝固浴温度为40℃。制得的Mn-g-C3N4/PVDF超滤膜纯水通量为158.89L/m2·h,对牛血清蛋白截留率为85.33%,其接触角为82.30±0.50o,孔隙率为44.23%,表面粗糙度为Ra=2.153nm,Rq=2.753nm。
(4)采用超声复合的方法制备了复合材料F-TiO2/Fe-g-C3N4,将F-TiO2/Fe-g-C3N4作为添加剂制备了F-TiO2/Fe-g-C3N4/PVDF超滤膜,确定了F-TiO2/Fe-C3N4/PVDF超滤膜的最佳制膜条件:添加剂F-TiO2/Fe-g-C3N4的最佳复合量即m(F-TiO2):m(Fe-g-C3N4)=1∶1.5,添加剂F-TiO2/Fe-g-C3N4的最佳含量为0.8wt.%,致孔剂PEG的最佳含量为9.0wt.%,最佳搅拌温度为70℃,最佳凝固浴温度为35℃。制得的F-TiO2/Fe-g-C3N4/PVDF超滤膜纯水通量为175.87L/m2?h,对牛血清蛋白截留率为85.97%。其接触角为77.50±0.40o,孔隙率为47.82%,表面粗糙度为Ra=6.546nm,Rq=8.427nm。
(5)最后以腐殖酸(HA)为污染源,探讨F-TiO2/PVDF超滤膜、Fe-g-C3N4/PVDF超滤膜、Mn-g-C3N4/PVDF超滤膜、F-TiO2/Fe-g-C3N4/PVDF超滤膜的抗污染性能以及对腐殖酸的去除的应用能力。在有可见光照射条件,F-TiO2/Fe-g-C3N4/PVDF超滤膜的抗污性最强,其次是Fe-C3N4/PVDF超滤膜和Mn-g-C3N4/PVDF超滤膜,F-TiO2/PVDF超滤膜的抗污染性相对最弱,但也优于PVDF超滤膜。在对HA的去除方面,F-TiO2/Fe-g-C3N4/PVDF超滤膜对HA的去除率最高,优于PVDF超滤膜;Mn-g-C3N4/PVDF超滤膜对HA的去除率次之,和PVDF超滤膜对HA的去除率能力基本相当;F-TiO2/PVDF超滤膜和Fe-g-C3N4/PVDF超滤膜对HA的去除率虽略低于PVDF超滤膜,但也对PVDF超滤膜的去除率维持在80%以上,四种膜对HA均表现出良好的去除能力。
(1)采用溶胶—凝胶法制备了F-TiO2,将F-TiO2作为添加剂制备了F-TiO2/PVDF超滤膜,确定了F-TiO2/PVDF超滤膜的最佳制膜条件:添加剂F-TiO2的最佳含量为0.8wt.%,致孔剂PEG的最佳含量为9.0wt.%,最佳搅拌温度为60℃,最佳凝固浴温度为35℃。制得的F-TiO2/PVDF超滤膜纯水通量为177.86L/(m2·h),对牛血清蛋白截留率为80.72%,其接触角为73.45±0.45o,孔隙率为47.59%,表面粗糙度为Ra=6.548nm,Rq=8.332nm。
(2)采用煅烧法制备了Fe-g-C3N4,将Fe-g-C3N4作为添加剂制备了Fe-g-C3N4/PVDF超滤膜,确定了Fe-g-C3N4/PVDF超滤膜的最佳制膜条件:添加剂Fe-g-C3N4的最佳含量为0.6wt.%,致孔剂PEG的最佳含量为9.0wt.%,最佳搅拌温度为70℃,最佳凝固浴温度为35℃。制得的Fe-g-C3N4/PVDF超滤膜纯水通量为166.02L/m2·h,对牛血清蛋白截留率为84.07%,其接触角为80.20±0.10o,孔隙率为45.98%,表面粗糙度为Ra=5.687nm,Rq=6.900nm。
(3)采用煅烧法制备了Mn-g-C3N4,将Mn-g-C3N4作为添加剂制备了Mn-g-C3N4/PVDF超滤膜,确定了Mn-g-C3N4/PVDF超滤膜的最佳制膜条件:添加剂Mn-g-C3N4的最佳含量为0.4wt.%,致孔剂PEG的最佳含量为11.0wt.%,最佳搅拌温度为60℃,最佳凝固浴温度为40℃。制得的Mn-g-C3N4/PVDF超滤膜纯水通量为158.89L/m2·h,对牛血清蛋白截留率为85.33%,其接触角为82.30±0.50o,孔隙率为44.23%,表面粗糙度为Ra=2.153nm,Rq=2.753nm。
(4)采用超声复合的方法制备了复合材料F-TiO2/Fe-g-C3N4,将F-TiO2/Fe-g-C3N4作为添加剂制备了F-TiO2/Fe-g-C3N4/PVDF超滤膜,确定了F-TiO2/Fe-C3N4/PVDF超滤膜的最佳制膜条件:添加剂F-TiO2/Fe-g-C3N4的最佳复合量即m(F-TiO2):m(Fe-g-C3N4)=1∶1.5,添加剂F-TiO2/Fe-g-C3N4的最佳含量为0.8wt.%,致孔剂PEG的最佳含量为9.0wt.%,最佳搅拌温度为70℃,最佳凝固浴温度为35℃。制得的F-TiO2/Fe-g-C3N4/PVDF超滤膜纯水通量为175.87L/m2?h,对牛血清蛋白截留率为85.97%。其接触角为77.50±0.40o,孔隙率为47.82%,表面粗糙度为Ra=6.546nm,Rq=8.427nm。
(5)最后以腐殖酸(HA)为污染源,探讨F-TiO2/PVDF超滤膜、Fe-g-C3N4/PVDF超滤膜、Mn-g-C3N4/PVDF超滤膜、F-TiO2/Fe-g-C3N4/PVDF超滤膜的抗污染性能以及对腐殖酸的去除的应用能力。在有可见光照射条件,F-TiO2/Fe-g-C3N4/PVDF超滤膜的抗污性最强,其次是Fe-C3N4/PVDF超滤膜和Mn-g-C3N4/PVDF超滤膜,F-TiO2/PVDF超滤膜的抗污染性相对最弱,但也优于PVDF超滤膜。在对HA的去除方面,F-TiO2/Fe-g-C3N4/PVDF超滤膜对HA的去除率最高,优于PVDF超滤膜;Mn-g-C3N4/PVDF超滤膜对HA的去除率次之,和PVDF超滤膜对HA的去除率能力基本相当;F-TiO2/PVDF超滤膜和Fe-g-C3N4/PVDF超滤膜对HA的去除率虽略低于PVDF超滤膜,但也对PVDF超滤膜的去除率维持在80%以上,四种膜对HA均表现出良好的去除能力。