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膜分离技术具有能量消耗低、出水水质稳定、占地面积小、易于自动控制和工艺运行稳定等优势,在废水处理和纯水制备等领域得到了广泛的运用与发展。然而,膜对污染物截留引起的膜污染,膜的渗透性与选择性之间的权衡以及废弃浓缩物的后续处理难题等限制膜分离技术的进一步应用。膜过滤耦合电化学技术是水处理领域中新兴的研究方向,导电膜可同时实现污染物的尺寸截留和电化学降解。同时,外加电压通过调节污染物和膜间的相互作用力,可有效抑制污染物在膜上的沉积与富集,从而有效地缓解膜污染问题。针对上述问题,本文开展了如下工作:(1)通过高效的两步流延和相转换法在预处理的碳纤维基底上制备了碳纤维基CC/PVDF导电复合膜,分析表征了膜的表观结构和理化性质,结果显示,CC/PVDF膜表面富含球晶状体和海绵状结构,PVDF有机相流延形成稳定疏松多孔的膜结构,随制备过程进行膜表面逐渐趋于均匀光滑,表面接触角由疏水性向亲水性转变,表现出潜在的渗透性、稳定性和抗污染性能。(2)以甲基橙(MO)为小分子模型污染物,探究了电化学辅助下CC/PVDF膜对MO的强化去除及抗膜污染的性能及机理。结果表明,电化学辅助可明显提高MO的去除效率和膜的渗透性能,且施加电压越高效果更为显著。外加+3 V和-3 V作用下,CC/PVDF膜的去除效率是无电压条件下(0V)膜过滤系统去除效率的5.3和5.1倍,而渗透通量是0 V的1.2倍和1.3倍。膜对MO的强化去除和抗膜污染的优异性能得益于静电斥力,电化学降解和电增强润湿性的协同效应,其中,直接电子转移和类Fenton反应生成的HO·是实现MO氧化降解的主要原因。此外,利用高分辨质谱鉴定体系中MO降解的中间产物,提出了 MO的可能降解途径,证明MO降解主要分为断键氧化、开环反应和完全氧化三个阶段,其中断键氧化主要包括脱甲基反应、脱硫反应和羟基化反应。(3)以腐殖酸和大肠杆菌分别作为有机污染物和生物污染物,研究了电化学辅助下CC/PVDF膜的抗膜污染性能及其相互作用机制。结果表明,电化学辅助可明显提高CC/PVDF膜对污染物的去除效率和膜的渗透性能,且外加负电压的效果明显优于正电压。-2 V作用下膜对HA的去除效率和膜渗透通量为80%和82%,分别是0V作用下的2.3和2.0倍。-2 V作用下膜过滤大肠杆菌的渗透通量为75%,为0V作用的1.3倍。当外加电压大于或等于2 V时,膜表面的大肠杆菌发生严重的细胞脱水和干缩现象,表面生物膜实现完全失活,且CC/PVDF膜的抑菌性和抗黏附性均达到100%。此外,采用XDLVO理论计算不同电压下腐殖酸和大肠杆菌与膜表面的界面作用力,结果表明Lewis酸碱(AB)和静电双层(EL)作用力对短程污染物-膜表面的总界面作用力占主要作用,而范德华力(LW)作用力可忽略不计。-2 V作用下静电排斥力得到极大增强,对膜显著提高的抗污染性能起主导作用。