化学清洗对PVDF超滤膜性能的影响研究

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作为第三代饮用水处理技术的代表,超滤膜技术具有广阔的应用前景,已在饮用水处理领域得到规模化应用。但其自身存在一定缺陷,如在膜运行过程中发生的膜污染问题,从而降低了膜通量。通常为了减缓膜污染、恢复膜通量,需要对膜进行物理和化学清洗。由于简单的物理清洗对通量恢复效果有限,因而有必要采用化学药剂进行进一步清洗以恢复其通量。基于此,本文主要研究了化学清洗对偏聚氟乙烯(PVDF)超滤膜的特性所造成的影响。本文以PVDF中空纤维超滤膜为研究对象,研究了次氯酸钠、氢氧化钠和柠檬酸三种化学药剂单独清洗,以及一种组合清洗方式(次氯酸钠+氢氧化钠)对超滤过程、膜的完整性和清洗效果的影响。研究重点考察了化学清洗对膜通量和出水水质的影响,以跨膜压差、污染物截留率、三维荧光和总有机碳等检测指标,对不同清洗药剂引起的膜性能变化进行分析及评估,通过拉伸测试、扫描电子显微镜、傅里叶红外(FTIR)和BET比表面积分析等表征手段,探讨膜材质的变化机理。试验发现,使用氢氧化钠、次氯酸钠、柠檬酸进行化学清洗均会增大PVDF膜的通量。其中,氢氧化钠在清洗初期就使PVDF膜通量大幅度增加;而次氯酸钠清洗后,膜通量随清洗时间的增加而逐渐增大,与时间和浓度呈现良好的正相关性,因而通量变化具有较好的可预见性;柠檬酸清洗也会增大PVDF膜的通量,但当累计清洗至一定程度后,膜通量又呈现下降的趋势;使用氢氧化钠和次氯酸钠进行组合清洗时,膜通量的变化与两种药剂单独作用时效果相当。以膜对污染物的截留率为考察指标,发现进行一定程度的化学清洗后,几种清洗药剂均会降低PVDF膜对污染物的截留率,其中截留率降低最大的是氢氧化钠和次氯酸钠组合清洗,其次依次为氢氧化钠清洗、次氯酸钠清洗和柠檬酸清洗。试验结果显示,化学清洗后断裂拉伸强力会随着老化程度的增加而降低,而断裂拉伸伸长率则并不一定会增加或减少;接触角随着老化程度的增加而减小,具有更强的亲水性,但在实际应用中一些其它因素会干扰接触角的测量结果;虽然在化学药剂清洗后PVDF膜性能和材质等均发生明显变化,但在清洗前后膜表面FTIR光谱图变化并不显著,化学清洗对膜老化的机理仍然有待研究;BET显示化学清洗后膜的比表面积和孔体积有所增加,但膜的孔径并没有发生明显变化。
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