现代社会对可用水资源的需求越来越大,而工业化革命以来的人口和经济发展却又不可避免地产生大量废水,需要进行适当的处理来进行再资源化。膜法水处理技术因具有工艺简单、费用低廉和节能高效等特点而广泛用于水处理过程。目前商业化应用最广的过滤膜材料还是高分子膜,但聚合物过滤膜材料很容易受到污染,尤其是微生物、真菌及藻类等吸附在膜表面形成的膜生物污染。微生物可以在膜表面附着和增殖,使得膜的生物污染比其它类型污染更难消除。为此,需要对过滤膜材进行改性来提高其耐生物污染性能,常用的改性方法有共混改性法、涂覆改性法和接枝改性法。耐生物污染的常见策略是使过滤膜表面实现对细菌细胞的排斥或灭杀作用。本论文使用亲水性的高分子聚乙烯醇(PVA)为基材或成膜物质,采用涂覆交联改性法和有机-无机杂化共混改性法制备出一系列的改性过滤膜材料,具体内容如下:(1)根据“矛与盾相结合”的理念,设计并合成出兼具杀菌和抑菌功能的超亲水三元共聚物PDSH,然后将不锈钢网膜SSMM经连续浸涂和DVS交联,得到具有三层结构的超亲水抗菌过滤膜PDSH-SSMMs。测试结果表明,不含季铵盐单体的过滤膜PDSH0-SSMM在水接触角、BSA通量衰减系数、截留率以及滤液中二甲苯含量等方面比PDSH5-SSMM更具优势,因为DMHB分子中的疏水性长烷基碳链降低了共聚物的亲水性能,从而导致PDSH0-SSMM具有更好的过滤性、防污性和油水分离性能。MPDSH0-SSMM和PDSH5-SSMM抗菌效率均高达97%,说明抑菌性的过滤膜MPDSH0-SSMM也具有良好的抗菌效果。此外,经14次油水分离和清洗循环后,各过滤膜的水通量衰减系数低于11%,说明其具备长期过滤性能且有望实现工业化。(2)以多官能基团的氧化石墨烯为纳米填料,用硅烷偶联剂KH-892修饰GO并负载纳米银得到Ag@mGO,然后与聚乙烯醇共混并经非溶剂致相分离制备有机-无机杂化微滤膜。测试结果表明,杂化微滤膜的接触角和吸水率随Ag@mGO的加入而降低,但吸水率仍高至100%左右,耐水性能还有待提高。孔隙率、平均孔径、耐热性和纯水通量等性能随着Ag@mGO含量的提高而增加,而通量衰减系数和截留率则不断减小,但m值最低为11.7%,R值均高于80%,说明中微滤膜具有较好的防污和过滤性能。Ag@mGO的添加量达0.5%时,杂化膜具有适宜大小的抑菌圈且抗菌效果良好。但油水分离后滤液中二甲苯含量太高,均超过400 mg/L,说明该杂化微滤膜并不适用于分离小分子油类污染物与水形成的混合物。(3)以低价易得的埃洛石纳米管为纳米填料,先用甲基丙烯酸缩水甘油酯修饰PVA制得mPVA,然后用KH-792和KH-570两种偶联剂对HNTs进行修饰并负载纳米银得到Ag@mHNTs复合粒子,再与mPVA溶液经非溶剂致相分离和UV固化制备有机-无机杂化过滤膜。测试结果表明,杂化膜的吸水率降至50%左右,耐水性能已得到显著提升,主要是mPVA和含双键的mHNTs经UV交联后的聚合物网络更加疏水,阻碍了水分子的渗透。随着Ag@mHNTs含量的增加,热稳定性也逐渐提高,而接触角、通量衰减系数以及截留率是先减小后增大,孔隙率、平均孔径和初始水通量则先增大后变小,当Ag@mHNTs添加量为5wt.%时达转折点,因为此时Ag@mHNTs复合粒子已开始团聚。此外,抑菌圈法测试结果并未出现明显的抑菌圈,改用动态接触法后杀菌效率随Ag@mHNTs添加量而增加,最高达67.06%(4)以力学性能优异的短切碳纤维为纳米填料,先用浓硫酸和浓硝酸混酸氧化CF得到表面带羧基的mCFs,然后与PVA溶液共混后经非溶剂致相分离制备有机-无机杂化过滤膜。测试结果表明,碳纤维经混酸处理12 h后羧基含量较多,适用于制备杂化过滤膜。随着mCFs粒子添加量的增大,热稳定性能逐渐提高,而接触角、通量衰减系数以及截留率是先减小后增大,孔隙率、平均孔径和初始水通量则先增大后变小,当mCFs添加量为0.5wt.%时达峰值,因为mCFs此时已发生明显的团聚现象。此外,杂化膜的拉伸强度和杨氏模量随着mCFs含量的提高而不断增加,断裂伸长率则不断降低,最低仅为49.1%。