【摘要】：膜生物反應(yīng)器(MBR)是近些年發(fā)展起來(lái)的一種新型污廢水處理技術(shù),其將傳統(tǒng)的生物法與膜技術(shù)高效地結(jié)合在一起,具有顯著的處理優(yōu)勢(shì)。但是在MBR中存在的一系列膜污染問(wèn)題,制約了MBR的廣泛應(yīng)用。聚偏氟乙烯(PVDF)膜是MBR中應(yīng)用最為廣泛的膜材料。但是由于其較差的親水性和較低的表面能,使得PVDF膜在MBR中極易形成吸附性污染和濾餅層污染,嚴(yán)重縮短了膜的使用壽命,增加了運(yùn)行成本。為此本課題采用等離子體技術(shù)將甲基丙烯酸二甲胺乙酯(DMAEMA)接枝到PVDF膜表面,得到等離子體改性膜(PVDF-g-PDMAEMA),然后使其與3-溴丙酸(3-BPA)發(fā)生季銨化反應(yīng),最終得到了兩性離子化改性膜(PVDF-g-PCBMA),并對(duì)其抗污染性能和實(shí)際應(yīng)用展開系統(tǒng)的研究。等離子體改性工藝的研究表明,當(dāng)?shù)入x子體的接枝功率為15W,接枝時(shí)間為90s時(shí)是等離子體反應(yīng)的最佳條件,此時(shí)接枝率最大。對(duì)改性膜進(jìn)行表面特性表征,傅里葉紅外光譜圖證明在PVDF-g-PCBMA膜表面接枝上了叔胺基團(tuán)(-N(CH_3)_3)和羧酸基團(tuán)(-COOH),二者是兩性離子的主要組成基團(tuán);掃描電子顯微鏡圖像表明PVDF-g-PCBMA膜的孔骨架表面形成了更為光滑的接枝層;水接觸角分析表明,相比于原PVDF膜,PVDF-g-PCBMA膜的接觸角從88.3°降至39.0°,親水性得到了較大的提高。通過(guò)靜態(tài)吸附和動(dòng)態(tài)過(guò)濾實(shí)驗(yàn)考察了改性膜對(duì)標(biāo)準(zhǔn)膜污染物質(zhì)牛血清白蛋白(BSA)和海藻酸鈉(SA)的抗污染性能。靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)研究表明,PVDF-g-PCBMA膜的BSA、SA吸附率分別為25.2%、14.4%,比原膜分別降低了59.8%、49.3%,說(shuō)明PVDF-g-PCBMA膜抗BSA和SA吸附的能力顯著提高;動(dòng)態(tài)過(guò)濾實(shí)驗(yàn)研究表明,過(guò)濾BSA溶液時(shí),PVDF-g-PCBMA膜比原膜的通量衰減率低24.6%,比原膜的通量恢復(fù)率、截留率分別高46%和2.8%,說(shuō)明PVDF-g-PCBMA膜具有更好的抗污染性能。為了研究改性膜在MBR中的抗污染性能,主要考察其對(duì)MBR中關(guān)鍵膜污染物質(zhì)溶解性微生物產(chǎn)物(SMP)和胞外聚合物(EPS)的抗污染特性,研究表明表面兩性離子化改性增大了膜清洗后的通量恢復(fù)率,降低了其對(duì)SMP、EPS中蛋白質(zhì)和多糖的吸附效率,減少了SMP、EPS中蛋白質(zhì)、多糖在膜表面的吸附沉積;根據(jù)XDLVO理論的計(jì)算分析表明,改性膜對(duì)SMP和EPS吸附產(chǎn)生的能量壁壘遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于原膜,且改性膜表面與SMP和EPS之間的關(guān)系能一直以排斥能的形式存在,證明了在MBR中,改性膜擁有更好的抗污染能力。綜上所述,原PVDF膜經(jīng)過(guò)兩性離子表面改性后,PVDF-g-PCBMA膜在過(guò)濾污染物質(zhì)時(shí)的通量衰減變得緩慢,物理、化學(xué)清洗后的清水通量恢復(fù)率顯著增大,抗SMP、EPS的污染能力明顯提高,證明了PVDF-g-PCBMA膜具有更優(yōu)異的抗污染能力。
【圖文】：

設(shè)備名稱 型號(hào) 生產(chǎn)廠家波清洗器 KQ-250DE 昆山市超聲儀器鼓風(fēng)干燥箱 DHG-9140A 上海一恒科學(xué)儀器子天平 ME204E 上海一恒科學(xué)儀器抽濾裝置 500ml 鹽城鼎和信實(shí)驗(yàn)器化培養(yǎng)箱 LRH-150 上海一恒科學(xué)儀器震蕩水槽 DKZ 上海一恒科學(xué)儀器見分光光度計(jì) TU-1810 北京普析通用儀器有離心機(jī) TDL-40B 上海安亭科學(xué)真空泵 A-1000S 上海愛郎儀器有角測(cè)量?jī)x SDC-100 東莞市晟鼎精密儀紅外光譜儀 Nicolet 380 美國(guó)熱電公描電子顯微鏡 MERLIN Compact Zeiss 公司實(shí)驗(yàn)裝置體接枝改性的整個(gè)過(guò)程，在如圖 2-1 所示的反應(yīng)裝置中

圖 2-2 過(guò)濾實(shí)驗(yàn)裝置圖的測(cè)定分析方法質(zhì)含量的測(cè)定蛋白標(biāo)準(zhǔn)曲線制標(biāo)準(zhǔn)牛血清蛋白（BSA）溶液：在天平上準(zhǔn)確無(wú)誤地稱內(nèi)用玻璃棒攪拌溶解，燒杯內(nèi)殘余的 BSA 每次用少量蒸入容量瓶定容至 1000ml，振蕩搖勻，即配成了 1.0g/L 的準(zhǔn) BSA 溶液濃度梯度的配制：6 支容積相同的試管配成不同濃度梯度的溶液，其中 1白對(duì)照，溶液配比如表 2-3 所示。用分析天平稱量 2g 碳酸鈉，0.4g 氫氧化鈉和 0.1g 酒石蒸餾水溶解后再定容至 100mL，，為甲液；取 0.5g 無(wú)水硫容至 100mL，為乙液；取甲液和乙液，以 50：1 的比例
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：X703

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本文編號(hào)：2709229