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膜分离技术是处理污染水体的有效技术之一，而膜污染是制约膜分离技术广泛应用的瓶颈问题。基于水体中大多数有机物带负电的实际情况，我们利用导电材料制备新型电活性膜，在电场耦合的作用下，将负电荷引入电活性膜表面，利用静电斥力排斥有机污染物，同时在膜上方边界层及主体溶液中形成电场，有效缓解荷电有机物在膜表面的吸附或沉积。本研究旨在探索可推广应用的、低成本的解决方案来有效缓解膜污染和通量降低的问题，且不会对正在进行的膜操作过程造成干扰。
根据研究目标，我们形成以下研究思路：首先基于协同界面化学作用我们将高分子膜与导电基材结合，形成具有强导电能力和过滤性能的复合膜；然后评估在外加电作用下对模拟废水和实际废水样品中的污染物质的抗污染能力和膜通量性能，以确定膜的抗污性能与操作参数之间的内在联系。实验分别制备了电活性超滤膜和电活性正渗透膜，探索电活性膜在压力驱动和浓度驱动两种形式中的抗污染性能。采用典型的有机污染物质作为模拟污染物，分析电活性膜对蛋白质类、多糖类、油类、菌类污染物的抗污染有效性。最后，对实验结果分析总结，为电耦合作用下的电活性膜分离技术工程化应用提供理论依据。本文的主要方法和结果如下：
（1）利用碳纸作为基底，利用相转化法制备具有电活性的聚醚砜超滤复合膜。随后，在此基础上采用界面聚合法制备电活性正渗透膜。试验分别测试了电活性超滤膜及正渗透基本参数，评价膜的基本性能。在正渗透装置中进行水通量的测试和24 h的持续抗污染实验。选取典型污染物，如蛋白质（Bovine serum albumin, BSA）、海藻酸钠（Sodium alginate, SA）、大肠杆菌（Escherichia coli, E·coli）作为本实验的有机污染物，进行污染物的抗污染研究。
由实验结果可知，在浓度驱动膜分离过程中，电负性更强的 SA （-26.5 mV）对外加电场力作用的应激反应较蛋白质（-11.6 mV）更明显，电活性膜的对 SA 抗污染能力与通量提升也较 BSA 更显著，相较于没有外加电压的情况膜通量分别提升了15.98%（BSA），32%(SA)。电场耦合作用对大肠杆菌的有效性明显大于海藻酸钠和牛血清蛋白，当外加电压为-3V时，膜表面基本上不吸附大肠杆菌，膜的正渗透通量较没有外加电压时提升了62.96%；这是因为菌类对外加电刺激的应激反应要大于海藻酸钠和牛血清蛋白。
（2）在电场耦合作用压力驱动的超滤膜分离过程中，实验选用BSA、SA、乳化油、酵母菌分别代表蛋白质类、多糖类、油类、菌类污染物，测试电活性超滤膜对模拟污染物质的截留率，以评估膜截留能力和抗污染性能。实验结果显示，与浓度驱动膜分离过程类似，自身电负性更强且粒径更大的SA受到的电场作用力强于牛血清蛋白质；当外加电场是-3V时，电活性超滤膜在以牛血清蛋白和海藻酸钠作为污染物条件下，膜的通量较未耦合外加电压的情况提升了36.45%、44.84%。根据TOC测试结果，电活性超滤膜对牛血清蛋白和海藻酸钠的截留率达到90.7%、96.56%；电活性膜对微生物污染具有明显抑制作用。酵母菌类污染物有自主性，当外加电压达到-1.5 V时，膜表面偏压在-1.25 V vs.Ag/AgCl，电场力作用能够有效的克服它自身的自主移动能力，此时酵母菌对膜表面的附着开始显著减小；外加电压达到-3.0 V，膜表面偏压在-1.60 V vs.Ag/AgCl，膜表面酵母菌附着非常少，经过1 h的抗污染实验，电活性超滤膜通量保持在75.90 %。经过对系统电流密度的分析发现，静电排斥、电场力、电泳作用是提高膜分离过程中的膜通量和截留能力的主要影响因素。
（3）实验采用市政污水处理厂的出水应用在电场耦合的电活性膜分离工艺中，发现电活性超滤膜能分离绝大部分的有机污染物质，出水水体中溶解性的有机物质随着外加电压的增加而减少，出水水质有明显的提升。当外加电压为-3V时，膜通量较未耦合外场作用提升了46.17%，对水体中的蛋白质类和多糖类污染的截留率达到了95.61%和99.2%。
综上所述，结合电场耦合作用的新型电活性膜分离技术能有效地抑制水系统中的污染物对膜表面的污染，对于增值型污染物、铺展型污染物、非迁移型污染物都能有效的抑制，是一种高效绿色有前景的污水处理技术。
根据研究目标，我们形成以下研究思路：首先基于协同界面化学作用我们将高分子膜与导电基材结合，形成具有强导电能力和过滤性能的复合膜；然后评估在外加电作用下对模拟废水和实际废水样品中的污染物质的抗污染能力和膜通量性能，以确定膜的抗污性能与操作参数之间的内在联系。实验分别制备了电活性超滤膜和电活性正渗透膜，探索电活性膜在压力驱动和浓度驱动两种形式中的抗污染性能。采用典型的有机污染物质作为模拟污染物，分析电活性膜对蛋白质类、多糖类、油类、菌类污染物的抗污染有效性。最后，对实验结果分析总结，为电耦合作用下的电活性膜分离技术工程化应用提供理论依据。本文的主要方法和结果如下：
（1）利用碳纸作为基底，利用相转化法制备具有电活性的聚醚砜超滤复合膜。随后，在此基础上采用界面聚合法制备电活性正渗透膜。试验分别测试了电活性超滤膜及正渗透基本参数，评价膜的基本性能。在正渗透装置中进行水通量的测试和24 h的持续抗污染实验。选取典型污染物，如蛋白质（Bovine serum albumin, BSA）、海藻酸钠（Sodium alginate, SA）、大肠杆菌（Escherichia coli, E·coli）作为本实验的有机污染物，进行污染物的抗污染研究。
由实验结果可知，在浓度驱动膜分离过程中，电负性更强的 SA （-26.5 mV）对外加电场力作用的应激反应较蛋白质（-11.6 mV）更明显，电活性膜的对 SA 抗污染能力与通量提升也较 BSA 更显著，相较于没有外加电压的情况膜通量分别提升了15.98%（BSA），32%(SA)。电场耦合作用对大肠杆菌的有效性明显大于海藻酸钠和牛血清蛋白，当外加电压为-3V时，膜表面基本上不吸附大肠杆菌，膜的正渗透通量较没有外加电压时提升了62.96%；这是因为菌类对外加电刺激的应激反应要大于海藻酸钠和牛血清蛋白。
（2）在电场耦合作用压力驱动的超滤膜分离过程中，实验选用BSA、SA、乳化油、酵母菌分别代表蛋白质类、多糖类、油类、菌类污染物，测试电活性超滤膜对模拟污染物质的截留率，以评估膜截留能力和抗污染性能。实验结果显示，与浓度驱动膜分离过程类似，自身电负性更强且粒径更大的SA受到的电场作用力强于牛血清蛋白质；当外加电场是-3V时，电活性超滤膜在以牛血清蛋白和海藻酸钠作为污染物条件下，膜的通量较未耦合外加电压的情况提升了36.45%、44.84%。根据TOC测试结果，电活性超滤膜对牛血清蛋白和海藻酸钠的截留率达到90.7%、96.56%；电活性膜对微生物污染具有明显抑制作用。酵母菌类污染物有自主性，当外加电压达到-1.5 V时，膜表面偏压在-1.25 V vs.Ag/AgCl，电场力作用能够有效的克服它自身的自主移动能力，此时酵母菌对膜表面的附着开始显著减小；外加电压达到-3.0 V，膜表面偏压在-1.60 V vs.Ag/AgCl，膜表面酵母菌附着非常少，经过1 h的抗污染实验，电活性超滤膜通量保持在75.90 %。经过对系统电流密度的分析发现，静电排斥、电场力、电泳作用是提高膜分离过程中的膜通量和截留能力的主要影响因素。
（3）实验采用市政污水处理厂的出水应用在电场耦合的电活性膜分离工艺中，发现电活性超滤膜能分离绝大部分的有机污染物质，出水水体中溶解性的有机物质随着外加电压的增加而减少，出水水质有明显的提升。当外加电压为-3V时，膜通量较未耦合外场作用提升了46.17%，对水体中的蛋白质类和多糖类污染的截留率达到了95.61%和99.2%。
综上所述，结合电场耦合作用的新型电活性膜分离技术能有效地抑制水系统中的污染物对膜表面的污染，对于增值型污染物、铺展型污染物、非迁移型污染物都能有效的抑制，是一种高效绿色有前景的污水处理技术。