超滤技术被认为是一种高效可靠的水处理技术,但超滤运行会产生膜污染,膜污染是过滤过程中部分物质在膜表面或膜孔内吸附、聚集造成的。膜污染会导致膜工艺运行能耗和化学清洗成本的增加。可通过膜改性的方式来提高膜的抗污染能力,延长膜的使用寿命。纳米纤维素晶体(CNCs)作为新兴的纳米材料,因其具备功能材料的诸多优点及环境友好的特点,在水处理领域受到关注。本课题选用CNCs作为超滤膜的改性材料,通过表面涂覆及共混改性方法制备复合膜。采用多种表征方法对改性复合膜进行表面物化特性、抗污染能力及膜老化行为方面的研究。首先,将CNCs分散液以恒定压力过滤的方式涂覆在聚醚砜商品膜表面,制备表面涂覆膜。基于纳米材料的特性,对比涂覆后的膜在形貌、通量、去除率和污染行为方面的差异。结果表明CNC涂覆膜表面致密均匀。涂覆后,膜的亲水性和电负性得到明显增强。由于涂层增大了水分子传质阻力,膜通量下降,但涂覆膜对腐殖酸(HA)的去除能力和抗HA污染能力均强于商品膜。其次,采用共混的方式制备CNC复合膜,探究铸膜液组分PES、PVP和CNCs浓度与所制备膜的通量、孔径、亲水性、电性、机械强度之间的关系,获得最佳制膜制备参数。结果表明由于CNCs富含羟基的特性,在膜中共混CNCs时,膜的亲水性和电负性都增强。CNCs共混浓度低时,由于CNCs促进相转化的作用,所制备复合膜的孔隙率、孔径和截留分子量均增大,膜通量增大。CNCs浓度达到5%时相转化被抑制,膜孔径和通量减小。共混低浓度的CNCs后,由于CNCs自身高强度和分散均匀的特点,超滤膜的机械性能有所增强。然后,采用CNC纳米复合膜过滤三种典型污染物,考察了膜的去除率及抗污染效能。通过计算膜污染阻力,分析CNCs纳米材料对减缓超滤膜有机污染的作用。结果表明CNCs共混可提高膜对疏水性天然有机物(NOM)的去除效果。通过污染实验发现,膜污染随着CNCs增加得到了缓解,三种污染物的膜污染阻力均随CNCs共混量增加而降低。从机理解释膜污染的缓解:电负性增强了NOM和膜表面之间的排斥作用;CNC膜亲水性的改善降低了NOM的疏水吸附作用;在膜水力清洗和化学清洗过程中,沉积在大孔径CNC膜中的NOM更有效的被去除。此外,论文采用次氯酸钠对CNC共混复合膜进行老化,从表面性质、过水及截留性能、膜污染方面考察CNCs的添加对膜老化行为的影响。结果表明老化作用造成聚乙烯吡咯烷酮的氧化脱落及聚醚砜链断裂,膜亲水性降低,电负性增大,膜孔扩大,膜通量增加。CNC老化膜的表面性质和过滤性能与对照膜相比变化程度更小,即CNCs在维持老化膜稳定性中发挥作用。CNCs共混量高的老化膜对HA的去除率更高。对照膜的HA污染受老化作用严重,CNC膜的HA污染受老化作用较弱,污染阻力小。