本文主要研究内容
作者李宁（2019）在《基于原子层沉积的PVDF微滤膜表面亲水改性及膜污染控制机制》一文中研究指出：膜污染是限制膜法水处理技术发展的主要障碍,膜改性可从根本上实现膜污染的有效控制。原子层沉积（ALD）是一种基于有序和表面自饱和反应的化学气相薄膜沉积技术,具有沉积均匀、目标及过程可控的显著特点。此外,ALD可通过前驱体交替沉积,制备具有特定功能的理想改性物质。ALD技术用于膜表面改性,能够有效防止膜孔堵塞,成为膜改性领域的前沿技术。但仍需解决改性物质在惰性膜表面成核生长、导致膜通量下降的难题,需确定抗污染性能较优的改性物质和适宜的膜污染控制条件,并需解析改性膜的抗污染作用机制。针对以上问题,本课题首先研发了一种利用二氧化氮和有机金属源进行聚偏氟乙烯（PVDF）微滤膜表面活化的方法,在较低沉积次数下实现了改性物质在惰性膜表面的均匀沉积。论文以氧化锌（ZnO）沉积改性为例,分析了沉积层生长和膜表面形貌等基本特征的变化:活化膜表面沉积层的生长速率是活化前的1.6-2.4倍,活化改性膜表面相对光滑,沉积层分布较均匀。此外,重点考察了改性膜的亲水性、渗透性和分离性能:沉积次数为100时PVDF-ZnO活化改性膜的纯水通量比原膜增加了31.5%,其对牛血清蛋白（BSA）的截留率高达97.8%。随后,分析了膜表面活化及亲水改性的过程:经过10循环二氧化氮和二乙基锌预沉积后,在膜表面及膜孔内形成ZnO活化层,含有的亲水性含氧官能团能够加速沉积层在膜表面的均匀生长。本研究也证明,此活化方法同样适用于PVDF膜表面二氧化钛（TiO2）和氧化铝（Al2O3）沉积改性。为确定ALD亲水改性膜的抗污染潜力,本研究以PVDF-TiO2、PVDF-Al2O3和PVDF-ZnO三种活化改性膜为研究对象,首先对比分析了改性膜的亲水性和渗透性能。结果表明:在较优沉积次数（100）下,改性膜的亲水性能由强到弱排列如下:PVDF-ZnO>PVDF-Al2O3>PVDF-TiO2,PVDF-ZnO改性膜的亲水性提高最显著,水接触角下降了56.2%,纯水通量提高了31.5%。静态吸附污染实验发现:PVDF-ZnO改性膜比PVDF-TiO2和PVDF-Al2O3改性膜具有更强的抗污染性能,表现为吸附污染后的通量下降百分比和过膜阻力增加值均最小,且PVDF-ZnO改性膜比PVDF-TiO2和PVDF-Al2O3改性膜对混合污染物中BSA和海藻酸钠（SA）（质量比1:1）的平衡吸附量分别低0.8-6.7 mg/g和16.2-18.1mg/g。过滤污染实验发现:溶液离子强度增加或共存二价阳离子作用一方面可引起PVDF-ZnO改性膜通量下降幅度增大3.7-11.1%,另一方面导致过膜阻力增加20.8-74.2%;污染物体系变化对PVDF-ZnO改性膜的负面影响小于对PVDF原膜的影响,且PVDF-ZnO改性膜的污染过程是可逆的。为解析亲水改性膜的抗污染作用机制,本课题利用等温线模型和热力学分析了污染物在改性膜表面的吸附方式和过程:污染物在改性膜表面的吸附过程均为单分子层吸附,且是自发、吸热、熵增加的过程。改性膜表面的吸附位点数量有限,特别是PVDF-ZnO改性膜对BSA和SA的饱和吸附量最低,仅为14.28 mg/g和10.43 mg/g,比PVDF原膜的吸附能力下降44.9%。此外,污染物与改性膜之间的吸附作用力减弱。通过过滤模型拟合确定了较优改性膜的污染类型和污染趋势:PVDF-ZnO改性膜的主要污染机理为标准堵塞,同时伴有中间堵塞或完全堵塞发生。共存阳离子的屏蔽作用或钙桥联的负面影响可引起中间堵塞过程发生的时间延长,在收集较少体积滤液时开始出现完全堵塞现象。此外,利用XDLVO理论解析了污染物与改性膜之间的相互作用能变化:PVDF膜经ZnO亲水改性后对BSA的吸引能减小0.75 kT、排斥能增大3.78 kT,成为抗污染性能增强的重要原因。溶液离子强度增加或共存二价阳离子作用可引起BSA污染物和PVDF-ZnO改性膜之间的排斥能明显下降。污染物溶液中共存Mg2+比Ca2+使得BSA污染物需要克服更大的障碍才能接近膜表面。综上,本研究获得了性能较优的PVDF-ZnO亲水改性微滤膜,实现了抗污染性能、渗透通量和截留性能的同时改善,对延缓膜污染、推动膜法水处理技术的理论与实践及生态环境的可持续发展具有重要意义。
Abstract
mo wu ran shi xian zhi mo fa shui chu li ji shu fa zhan de zhu yao zhang ai ,mo gai xing ke cong gen ben shang shi xian mo wu ran de you xiao kong zhi 。yuan zi ceng chen ji （ALD）shi yi chong ji yu you xu he biao mian zi bao he fan ying de hua xue qi xiang bao mo chen ji ji shu ,ju you chen ji jun yun 、mu biao ji guo cheng ke kong de xian zhe te dian 。ci wai ,ALDke tong guo qian qu ti jiao ti chen ji ,zhi bei ju you te ding gong neng de li xiang gai xing wu zhi 。ALDji shu yong yu mo biao mian gai xing ,neng gou you xiao fang zhi mo kong du sai ,cheng wei mo gai xing ling yu de qian yan ji shu 。dan reng xu jie jue gai xing wu zhi zai duo xing mo biao mian cheng he sheng chang 、dao zhi mo tong liang xia jiang de nan ti ,xu que ding kang wu ran xing neng jiao you de gai xing wu zhi he kuo yi de mo wu ran kong zhi tiao jian ,bing xu jie xi gai xing mo de kang wu ran zuo yong ji zhi 。zhen dui yi shang wen ti ,ben ke ti shou xian yan fa le yi chong li yong er yang hua dan he you ji jin shu yuan jin hang ju pian fu yi xi （PVDF）wei lv mo biao mian huo hua de fang fa ,zai jiao di chen ji ci shu xia shi xian le gai xing wu zhi zai duo xing mo biao mian de jun yun chen ji 。lun wen yi yang hua xin （ZnO）chen ji gai xing wei li ,fen xi le chen ji ceng sheng chang he mo biao mian xing mao deng ji ben te zheng de bian hua :huo hua mo biao mian chen ji ceng de sheng chang su lv shi huo hua qian de 1.6-2.4bei ,huo hua gai xing mo biao mian xiang dui guang hua ,chen ji ceng fen bu jiao jun yun 。ci wai ,chong dian kao cha le gai xing mo de qin shui xing 、shen tou xing he fen li xing neng :chen ji ci shu wei 100shi PVDF-ZnOhuo hua gai xing mo de chun shui tong liang bi yuan mo zeng jia le 31.5%,ji dui niu xie qing dan bai （BSA）de jie liu lv gao da 97.8%。sui hou ,fen xi le mo biao mian huo hua ji qin shui gai xing de guo cheng :jing guo 10xun huan er yang hua dan he er yi ji xin yu chen ji hou ,zai mo biao mian ji mo kong nei xing cheng ZnOhuo hua ceng ,han you de qin shui xing han yang guan neng tuan neng gou jia su chen ji ceng zai mo biao mian de jun yun sheng chang 。ben yan jiu ye zheng ming ,ci huo hua fang fa tong yang kuo yong yu PVDFmo biao mian er yang hua tai （TiO2）he yang hua lv （Al2O3）chen ji gai xing 。wei que ding ALDqin shui gai xing mo de kang wu ran qian li ,ben yan jiu yi PVDF-TiO2、PVDF-Al2O3he PVDF-ZnOsan chong huo hua gai xing mo wei yan jiu dui xiang ,shou xian dui bi fen xi le gai xing mo de qin shui xing he shen tou xing neng 。jie guo biao ming :zai jiao you chen ji ci shu （100）xia ,gai xing mo de qin shui xing neng you jiang dao ruo pai lie ru xia :PVDF-ZnO>PVDF-Al2O3>PVDF-TiO2,PVDF-ZnOgai xing mo de qin shui xing di gao zui xian zhe ,shui jie chu jiao xia jiang le 56.2%,chun shui tong liang di gao le 31.5%。jing tai xi fu wu ran shi yan fa xian :PVDF-ZnOgai xing mo bi PVDF-TiO2he PVDF-Al2O3gai xing mo ju you geng jiang de kang wu ran xing neng ,biao xian wei xi fu wu ran hou de tong liang xia jiang bai fen bi he guo mo zu li zeng jia zhi jun zui xiao ,ju PVDF-ZnOgai xing mo bi PVDF-TiO2he PVDF-Al2O3gai xing mo dui hun ge wu ran wu zhong BSAhe hai zao suan na （SA）（zhi liang bi 1:1）de ping heng xi fu liang fen bie di 0.8-6.7 mg/ghe 16.2-18.1mg/g。guo lv wu ran shi yan fa xian :rong ye li zi jiang du zeng jia huo gong cun er jia yang li zi zuo yong yi fang mian ke yin qi PVDF-ZnOgai xing mo tong liang xia jiang fu du zeng da 3.7-11.1%,ling yi fang mian dao zhi guo mo zu li zeng jia 20.8-74.2%;wu ran wu ti ji bian hua dui PVDF-ZnOgai xing mo de fu mian ying xiang xiao yu dui PVDFyuan mo de ying xiang ,ju PVDF-ZnOgai xing mo de wu ran guo cheng shi ke ni de 。wei jie xi qin shui gai xing mo de kang wu ran zuo yong ji zhi ,ben ke ti li yong deng wen xian mo xing he re li xue fen xi le wu ran wu zai gai xing mo biao mian de xi fu fang shi he guo cheng :wu ran wu zai gai xing mo biao mian de xi fu guo cheng jun wei chan fen zi ceng xi fu ,ju shi zi fa 、xi re 、shang zeng jia de guo cheng 。gai xing mo biao mian de xi fu wei dian shu liang you xian ,te bie shi PVDF-ZnOgai xing mo dui BSAhe SAde bao he xi fu liang zui di ,jin wei 14.28 mg/ghe 10.43 mg/g,bi PVDFyuan mo de xi fu neng li xia jiang 44.9%。ci wai ,wu ran wu yu gai xing mo zhi jian de xi fu zuo yong li jian ruo 。tong guo guo lv mo xing ni ge que ding le jiao you gai xing mo de wu ran lei xing he wu ran qu shi :PVDF-ZnOgai xing mo de zhu yao wu ran ji li wei biao zhun du sai ,tong shi ban you zhong jian du sai huo wan quan du sai fa sheng 。gong cun yang li zi de bing bi zuo yong huo gai qiao lian de fu mian ying xiang ke yin qi zhong jian du sai guo cheng fa sheng de shi jian yan chang ,zai shou ji jiao shao ti ji lv ye shi kai shi chu xian wan quan du sai xian xiang 。ci wai ,li yong XDLVOli lun jie xi le wu ran wu yu gai xing mo zhi jian de xiang hu zuo yong neng bian hua :PVDFmo jing ZnOqin shui gai xing hou dui BSAde xi yin neng jian xiao 0.75 kT、pai chi neng zeng da 3.78 kT,cheng wei kang wu ran xing neng zeng jiang de chong yao yuan yin 。rong ye li zi jiang du zeng jia huo gong cun er jia yang li zi zuo yong ke yin qi BSAwu ran wu he PVDF-ZnOgai xing mo zhi jian de pai chi neng ming xian xia jiang 。wu ran wu rong ye zhong gong cun Mg2+bi Ca2+shi de BSAwu ran wu xu yao ke fu geng da de zhang ai cai neng jie jin mo biao mian 。zeng shang ,ben yan jiu huo de le xing neng jiao you de PVDF-ZnOqin shui gai xing wei lv mo ,shi xian le kang wu ran xing neng 、shen tou tong liang he jie liu xing neng de tong shi gai shan ,dui yan huan mo wu ran 、tui dong mo fa shui chu li ji shu de li lun yu shi jian ji sheng tai huan jing de ke chi xu fa zhan ju you chong yao yi yi 。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自哈尔滨工业大学的李宁，发表于刊物哈尔滨工业大学2019-12-07论文，是一篇关于微滤膜论文,亲水改性论文,原子层沉积论文,膜污染控制论文,相互作用能论文,哈尔滨工业大学2019-12-07论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自哈尔滨工业大学2019-12-07论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
标签：微滤膜论文; 亲水改性论文; 原子层沉积论文; 膜污染控制论文; 相互作用能论文; 哈尔滨工业大学2019-12-07论文;