【摘 要】
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纳滤技术因能高效去除饮用水和回用水中的微量有机物而受到广泛关注。其中,氧化石墨烯(GO)是一种理想膜材料,对微量有机物具有很好的去除潜力,而且能有效缓解传统膜材料存在的选择性、渗透性相互制约的问题。较强的水合作用导致膜层结构在水环境中出现溶胀不稳定的问题,这极大限制了 GO膜在水处理中的应用。因此本实验针对上述问题,制备了稳定性高、性能优异的GO膜,进而研究了 GO膜的稳定性及其对微量有机物的去除
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纳滤技术因能高效去除饮用水和回用水中的微量有机物而受到广泛关注。其中,氧化石墨烯(GO)是一种理想膜材料,对微量有机物具有很好的去除潜力,而且能有效缓解传统膜材料存在的选择性、渗透性相互制约的问题。较强的水合作用导致膜层结构在水环境中出现溶胀不稳定的问题,这极大限制了 GO膜在水处理中的应用。因此本实验针对上述问题,制备了稳定性高、性能优异的GO膜,进而研究了 GO膜的稳定性及其对微量有机物的去除效果。本研究采用交联和还原两种方法制备稳定的GO膜。首先用多巴胺交联提高膜的稳定性,以聚偏二氟乙烯(PVDF)为基膜,多巴胺为交联剂制备稳定的多巴胺交联膜(DA/GOPVDF)。之后采用还原的方法提高膜稳定性,在聚丙烯腈(PAN)膜上制备GO(GOPAN)膜、多孔氧化石墨烯(HGOPAN)膜和还原多孔氧化石墨烯(rHGOPAN)膜。最后通过膜表面性质和性能的比较得到最优制备条件,分析其稳定机制。探讨了上述GO膜对微量有机物的截留特性以及膜的运行稳定性。实验结果表明:(1)多巴胺交联膜的稳定性、亲水性、层间距及厚度与多巴胺添加量成正比,最佳的添加量为1 5wt%,此时膜通量为46.67L/(m2·h),对Na2SO4的截留率为58.69%;多巴胺添加量越高稳定性越强,25%DA/GOPVDF膜的截留率仅下降7%;由密度泛函理论模拟(DFT)结果可知:两者反应生成共价键,增强了膜的稳定性,交联位点主要位于氨基与羧基、环氧基、羟基等共存的位置。(2)空白GOPAN膜的最佳负载为60mg/m2,但膜通量较低,为13.1L/(m2·h);通过进一步氧化形成纳米孔的HGOPAN-4h膜通量大幅增加(23.5L/(m2·h)),截留率也增加了 27.5%;还原后膜的通量下降了 23%,截留率为86.11%,增加了 47.12%,稳定性也得到了明显地增强。稳定性与制孔时间和还原时间成正比,其中,rHGOPAN-15h的膜通量在30天时仅升高3.72%,截留率仅下降4.5%。膜稳定性顺序为rHGOPAN膜>HGOPAN膜>DA/GOPVDF膜>GOPAN膜。(3)膜对有机物的截留顺序为心得安<卡马西平<磺胺嘧啶,膜的截留效果依次为GOPAN膜<DA/GOPVDF膜<HGOPAN-4h膜<rHGOPAN-5h膜。其中rHGOPAN膜对磺胺嘧啶的截留率高达67.2%,初期截留主要是靠吸附作用,后期靠静电作用和尺寸筛分,膜在有机物截留过程中表现出良好的稳定性。本研究对保障回用水和饮用水的水质安全具有重要的意义。
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