Ag3PO4/无机纳米复合材料对PVDF膜的亲水改性及其性能研究

来源 :长安大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zifeng20060819
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近年来由于膜分离技术在水处理过程中有出水水质高、操作简单等优点在污水处理中得到了广泛地应用。聚偏氟乙烯(PVDF)作为一种优异的高分子材料,具有热稳定、化学稳定和机械强度高等优点,在膜制备材料中有着至关重要的地位。同时,PVDF膜有较强的疏水性在污水处理过程中容易造成蛋白质等有机物的直接污染以及在运行过程中需要较大的驱动力,以上这些问题都会增加运行成本。因此本文通过共混(1)纳米银/二氧化锆(Ag/ZrO2)、(2)磷酸银/二氧化锆(Ag3PO4/ZrO2)、(3)磷酸银/二氧化钛(Ag3PO4/TiO2)以及(4)磷酸银/二氧化硅(Ag3PO4/SiO2)对PVDF膜进行亲水改性,用浸没沉淀法制备PVDF膜。通过X射线衍射仪(XRD)研究了复合物质的合成和改性PVDF膜的物质组成;通过扫描电镜(SEM)研究了经过改性之后膜的表面形貌变化;通过紫外-可见分光光度计(UV-vis)研究了复合物质对光响应光谱范围;通过接触角测量仪对PVDF膜及改性之后的PVDF膜的亲水性能进行探究;抽滤实验测试膜的水通量、截留率、抗有机物污染性能、通量恢复以及相对衰减率;组建小型的膜生物反应器,在模拟太阳光条件下,研究改性之后PVDF膜对RhB染料废水的降解效果,进一步验证了经过复合物质改性的PVDF膜的对光响应情况。本实验研究得到了以下结论:(1)以纳米级ZrO2及原位合成纳米Ag作为改性物质通过共混改性的方法制备Ag/ZrO2-PVDF膜,通过对改性Ag/ZrO2-PVDF膜的实验研究,结果表明,随着亲水性物质的增加,膜的孔径逐渐增大,且孔数也明显增多,当ZrO2含量达到1%时,膜孔的形成由凝聚引起,导致膜孔数减少。随着亲水性聚合物含量的增加,接触角减小了15.35°,水通量由28.43 L/m2h提高至143.2 L/m2h显著提高。以BSA作为有机污染物对膜进行污染后,膜的通量恢复随着亲水性的增加而增加,表明改性后Ag/ZrO2-PVDF膜的防污性能得到改善。通过抑制区法评估膜抗微生物污染的实验得知共混原位沉淀合成的纳米Ag对PVDF膜进行改性是提高膜抗微生物污染的有效方法。(2)以不同含量的原位合成的Ag3PO4/ZrO2对PVDF膜进行改性,XRD分析表明,Ag3PO4/ZrO2成功共混到PVDF膜中;通过SEM图分析可知,随着改性物质含量的增加,膜孔径逐渐增大,且均匀分布在膜表面和内部。当Ag3PO4/ZrO2含量达到1%时,观察得到膜孔中有Ag3PO4/ZrO2颗粒的存在;UV-vis图谱表明Ag3PO4/ZrO2相比于纯ZrO2出现了明显的红移,对可见光的吸收显著增强;通过改性之后的PVDF膜接触角从82.72°减小到52.04°,纯水通量水通量由纯PVDF的30.43 L/m2h增加至Ag3PO4/ZrO2(0.5%)膜的169.54 L/m2h,表明经过改性PVDF膜亲水性能显著增强;循环污染实验研究得知,改性之后PVDF膜抗有机物污染性能显著增强,当Ag3PO4/ZrO2含量达到0.5%时PVDF膜性能最佳;在反应器运行稳定之后进行光催化实验,以Ag3PO4/ZrO2-PVDF(0.5%)作为膜组件的反应器对RhB的去除率达到了90%,表明其具有良好的光催化性能。(3)以不同含量的原位沉淀法制备得到Ag3PO4/TiO2对PVDF膜进行改性,由XRD图分析可知,Ag3PO4/TiO2成功复合且实现了对PVDF膜的改性;对Ag3PO4/TiO2-PVDF的SEM图分析可知,随着改性物质含量的增加,膜孔径逐渐增大,且均匀分布在膜表面和内部;UV-vis图谱表明Ag3PO4/TiO2相比于纯TiO2出现了明显的红移现象,对可见光的吸收能力显著增强;通过改性之后的PVDF膜接触角从82.72°减小到52.38°,纯水通量由纯PVDF的30.43 L/m2h增加至Ag3PO4/TiO2(0.5%)膜的171.97 L/m2h,表明经过改性之后的PVDF膜亲水性能显著增强;循环污染实验研究得知,改性之后PVDF膜抗有机物污染性能显著增强;以Ag3PO4/TiO2-PVDF(0.5%)为膜组件的膜生物反应器在光催化条件下对目标浓度的染料废水去除率为98.5%,明显高于简单的膜生物反应器,由此可知Ag3PO4/TiO2-PVDF在光催化条件下对RhB有显著的催化氧化能力。(4)以不同含量的Ag3PO4/SiO2对PVDF膜进行改性,XRD分析表明,Ag3PO4/SiO2复合成功且实现了对PVDF膜的改性;通过SEM图分析可知,随着改性物质含量的增加,膜孔径逐渐增大,且均匀分布在膜表面和内部。当Ag3PO4/SiO2含量达到1%时,由于改性物质过多造成铸膜液粘稠,加速相转化导致膜孔发生断裂;UV-vis图谱表明Ag3PO4/SiO2相比于纯SiO2出现了明显的红移现象,对可见光的吸收显著增强。通过改性之后的PVDF膜接触角从82.72°减小到57.35°,纯水通量水通量由纯PVDF的30.43L/m2h增加至Ag3PO4/SiO2(0.5%)膜的62.77 L/m2h,表明经过改性之后的PVDF膜亲水性能显著增强;循环污染实验研究得知,改性之后PVDF膜抗有机物污染性能显著增强,当Ag3PO4/SiO2含量达到0.5%时膜性能最佳。该反应器运行稳定之后,在光催化条件下Ag3PO4/SiO2-PVDF(1%)对目标浓度的印染废水中RhB的去除率达到77.5%,实验表明Ag3PO4/SiO2-PVDF的光催化性能良好。
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