PES-PE-ZnO三元複合膜的構建及其抗污染機理研究

《PES-PE-ZnO三元複合膜的構建及其抗污染機理研究》是依託浙江師範大學，由申利國擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：PES-PE-ZnO三元複合膜的構建及其抗污染機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：申利國
• 依託單位：浙江師範大學

項目摘要

膜污染是制約膜法污水處理技術廣泛套用的瓶頸問題。開發有機-無機納米粒子複合膜是提高膜抗污染性的重要途徑，無機納米粒子在複合膜中均勻固定是構建有機-無機納米粒子複合膜的關鍵問題。本項目擬開發一種聚醚碸（PES）-聚電解質（PE）-氧化鋅（ZnO）高抗污染的三元複合膜。通過聚苯乙烯磺酸鈉（PSS）包覆納米氧化鋅（ZnO）製備ZnO-PSS-溶液以阻止納米ZnO的團聚，然後將PES膜先後浸入到聚二烯丙基甲基氯化銨（PDADMAC）溶液和ZnO-PSS-溶液中進行層層自組裝得到PES-PE-ZnO三元複合膜。在此基礎上進行三元複合膜抗污染機理研究，擬採用數理方法對膜和污染物表面形態進行數學建模，通過XDLVO理論結合表面元積分法量化評價膜和污染物之間的界面作用力，以指導高抗污染複合膜的構建。本項目的實施對推動複合膜的實際工業化套用具有重要意義。

結題摘要

膜污染是膜法水處理領域的瓶頸性問題。為此，本項目中採用層層自組裝（LBL）、輻射接枝、化學鍍等技術對膜進行抗污化改性。層層自組裝法製備的高分子-聚電解質（PE）複合膜的水接觸角明顯降低，表面負電性增強，對污泥溶液、牛血清蛋白（BSA）溶液和海藻酸鈉溶液呈現出明顯的抗污染性能。輻射接枝法製備的複合膜表面更加親水，因而對疏水的BSA具備高效的抗污染性能。同時，在酸性階段膜通量表現出對pH值的良好依賴性，通量對接枝膜的pH值的依賴關係可用指數方程來描述，其R平方為0.99887。化學鍍法製備的複合膜具備優良的導電性，在電場輔助作用下，可實現對染料廢水的高效脫色，通量超過202 L·m-2·h-1·bar-1。並且，對染料、BSA、生物污染物等具有明顯的抗污染性能。為了解析膜抗污染的機制，藉助MATALAB對膜和污染物表面形態進行數學建模，並通過分形理論（FT）接近真實化的模擬膜和污染物的隨機粗糙表面。採用 XDLVO 理論計算膜和污染物之間的界面作用力，在超級計算機上進行模擬量化計算。計算結果顯示，改性膜和污染物之間的界面范德華吸引作用力明顯低於未改性的膜，因此，從化學熱動力學方面解釋膜抗污染性的機理。本研究課題在污水處理及資源化方面具有重要的學術和套用價值。 研究成果較豐碩，以較大的超額完成了設定的目標任務。目前，已發表學術文章20篇（計畫任務為2-3篇），其中SCI論文19篇（計畫任務為2篇），申請國家專利6項（計畫任務2項），已獲得授權2項。人才培養成果顯著，3位青年教師獲得晉升高一級職稱，培養4名碩士研究生（計畫任務為2名）。