混凝强化PVDF-多孔硅纳米复合膜过滤与抗污染性能研究

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1、硕士学位论文混凝强化PVDF-多孔硅纳米复合膜过滤与抗污染性能研究STUDYONFILTRATIONANDANTIFOULINGPERFORMANCEOFPVDF-SILICONNANO-COMPOSITEMEMBRANESENHANCEDBYCOAGULATION王玥哈尔滨工业大学2017年6月国内图书分类号：TU991.2学校代码：10213国际图书分类号：628.162密级：公开工学硕士学位论文混凝强化PVDF-多孔硅纳米复合膜过滤与抗污染性能研究硕士研究生：王玥导师：邱微副教授申请学位：工学硕士学科：市政工程所在单位：市政环境工程学院答

2、辩日期：2017年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TU991.2U.D.C:628.162DissertationfortheMaster′sDegreeinEngineeringSTUDYONFILTRATIONANDANTIFOULINGPERFORMANCEOFPVDF-SILICONNANO-COMPOSITEMEMBRANESENHANCEDBYCOAGULATIONCandidate：WangYueSupervisor：AssociateProf.QiuWeiAcademicDegreeApplied

3、for：MasterofEngineeringSpeciality：MunicipalEngineeringAffiliation：SchoolofMunicipalandEnvironmentalEngineeringDateofDefence：June,2017Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要在水处理领域中，超滤膜由于其化学特性和结构的影响，存在通量低、易产生膜污染等问题。在众多制膜材料中，聚偏氟乙烯（PVDF）材料在化学稳定

4、性和耐热性以及机械强度方面表现出了一定的优势。但由于PVDF属于疏水性材料，因此在过滤蛋白质和油类等疏水性物质的过程中容易产生膜污染。因此本课题主要采用共混法采用硅材料对PVDF超滤膜进行亲水化改性，以提高其通量和抗污染能力并探讨混凝-膜连用工况下对松花江水的处理效果。本文首先选用介孔硅材料（SBA-15）和二氧化硅纳米粒子（SiO2）作为添加剂对PVDF超滤膜进行亲水化改性，考察添加量从0.1%~0.4%的变化下两种改性膜的运行效果和表面特性，并对两种纳米材料的改性效果进行比较分析。在此基础上，利用SBA-15和丙基三甲氧基硅烷（MAPTMS

5、）合成出SBA-15-MAPTMS，再加入乙烯基吡咯烷酮（NVP）制备出SBA-15-PVP新型纳米材料，利用SBA-15-PVP纳米粒子与PVDF共混制备出新型的PVDF/SBA-15-PVP纳米复合膜。通过超滤实验考察改性膜的渗透性能和截留率以及抗污染性；通过接触角的测量考察两组改性膜的亲水性变化；通过一系列的表征手段分别对纳米材料和改性复合膜进行比较分析，并且研究不同纳米材料和添加量对相转化过程中膜结构的影响。此外本文选用松花江实际水体，考察了PVDF/SBA-15-PVP改性膜和混凝与膜联用工艺对实际水体的处理效能。实验结果表明：改性复

6、合膜的综合性能均在0.3%的纳米材料添加量下最佳。其中PVDF/SBA-15复合膜的膜通量优于PVDF/SiO2复合膜。与PVDF原膜相比，两组改性膜均具有更发达的表面孔隙结构，故而改性膜的孔隙率和孔径得到了改善，从而使得复合膜的渗透通量有所提升。新合成的SBA-15-PVP纳米粒子增强了膜表面的亲水性，在提高了膜表面粗糙度的同时改变了膜表面的化学组成。XPS和FTIR的图谱证明了NVP对SBA-15表面的改性是成功的。在三种改性粒子中，SBA-15-PVP纳米粒子呈现出更优异的亲水改性效果，改性粒子在一定程度上减轻了团聚效应，同时在相交换成膜

7、过程中，亲水性SBA-15-PVP粒子容易向表层迁移，SBA-15制约着PVP的流失，这一过程有助于形成孔隙更发达的膜孔，提高膜的亲水性和通量。共混改性后，三组膜的接触角（CA）均一定程度的减少，这说明改性过程增强了膜的亲水性和抗污染性，膜的平均孔径和孔隙率也有所增加。在处理实际水体中，30mg/L的Al2(SO4)3·18H2O为混凝剂的最佳投加量。在通量方面，混凝-改性膜联用工艺＞单纯改性膜过滤工艺＞混凝-纯膜联用工艺＞纯膜过滤工艺。总的来说，PVDF/SBA-15-PVP纳米复合膜可以实现较高的原水通量，-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论

8、文并能在此基础上保持较好的通量恢复率。在对实际水体各类污染物的去除方面，PVDF/SBA-15-PVP改性纳米复合膜对原水中的浊度、UV254、总有机