《超濾膜的制膜材料及工業(yè)化應(yīng)用》論文發(fā)表期刊：《石化技術(shù)》；發(fā)表周期：2020年11期

《超濾膜的制膜材料及工業(yè)化應(yīng)用》論文作者信息：孫雪飛（1994.01）女，碩士，從事超濾、納濾、反滲透膜的生產(chǎn)及應(yīng)用研究。

　　摘要：介紹了國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有超濾膜的制膜材料及研究現(xiàn)狀，系統(tǒng)綜述了超濾膜技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用，并對(duì)未來(lái)的研究方向及發(fā)展領(lǐng)域提出了建議。

　　關(guān)鍵詞：超濾膜技術(shù) 膜材料工業(yè)化應(yīng)用水處理

　　Abstract: This article introduces the membrane materials and research status of ultrafiltration membrane technology, systematically reviews the industrial application, and puts forward suggestions for future research directions and promotion fields.

　　Keywords: Ultrafiltration Membrane Technology; Membrane Matenial; Industrial Application; Water Treatment

　　我國(guó)是一個(gè)水資源嚴(yán)重匱乏且分布不均的國(guó)家，人均占有量?jī)H為世界水平的14。近30年來(lái)，污水回用技術(shù)作為緩解我國(guó)水源現(xiàn)狀的重要方法不斷發(fā)展。其中，膜分離產(chǎn)業(yè)中的超濾膜技術(shù)-是最為有效的污水預(yù)處理方法之一。超濾膜的制膜材料及性能是該技術(shù)具備實(shí)用價(jià)值的基礎(chǔ)。因此，本文對(duì)超濾膜的制膜材料及其工業(yè)化應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)綜述。

　　1超濾膜的制膜材料

　　目前，超濾膜的制膜材料主要包括無(wú)機(jī)膜和有機(jī)膜兩大類。本文的研究重點(diǎn)是：有機(jī)膜材料中的酷酸纖維素(CA)類、聚酰胺(PA)類、聚砜(PS)類和聚偏氟乙烯(PVDF)類。

　　1.1 CA類

　　CA是由纖維素與酸酐經(jīng)催化酯化制得的一種熱塑性樹(shù)脂，是目前最為常見(jiàn)的制膜原料，具有價(jià)格便宜、工藝簡(jiǎn)單、機(jī)械強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn);但是，CA膜也存在不耐微生物腐蝕、易被氧化和污染、水通量不足等缺點(diǎn)。因此，制備具有高通量的CA膜是當(dāng)今的研究熱點(diǎn)。許耀光等以CA粉末為主材，采用源頭改性接枝丙烯酸(AA)單體、添加正硅酸乙酯

　　(TEOS)的方法制備了一種CA超濾膜。經(jīng)丙烯酸改性后，膜的親水性和抗污染能力提高;當(dāng)加入3%的TEOS時(shí)，水通量達(dá)到最高。鳳權(quán)課題組利用靜電紡絲和化學(xué)改性法制備了聚丙烯臘/再生纖維素(PAN/RC)復(fù)合納米纖維膜，并以該膜構(gòu)建膜分離系統(tǒng)進(jìn)行血清白蛋白的分離純化，結(jié)果表明：復(fù)合纖維膜的通量約為常用聚醚砜(PES)超濾膜的4倍。

　　1.2 PA類

　　PA類超濾膜中的聚酰亞胺(PI)是近年的研究熱點(diǎn)。PI有可溶性和不溶性2種，不溶性P兒乎不能溶解于任何溶劑，工業(yè)上首先采用干-濕法制備PA酸類中空纖維膜再結(jié)合膜絲亞勝胺化的方法得到P1超濾膜。該過(guò)程可能會(huì)影響膜絲結(jié)構(gòu)，易在膜表面形成缺陷。

　　Gu等通過(guò)一次性聚合反應(yīng)合成了新型芳香兩性離子PI共聚物，并將其用于抗污染超濾膜的制備。該新型超濾膜具有優(yōu)異的親水性和防污性，純凈水通量和蛋白質(zhì)溶液的滲透性均顯著高于參比P1膜。Liao等合成了一種易于分散在極性溶劑中的單壁碳納米管-聚苯胺(SWCNT-PANi)雜化納米纖維，并在過(guò)濾直徑為6nm的牛血清白蛋白和48 nm的sio，顆粒懸浮液時(shí)，表現(xiàn)出超濾狀態(tài)的選擇滲透性。

　　1.3 PSf類

　　PSf是一種含芳環(huán)結(jié)構(gòu)的高分子物質(zhì)，其主鏈上帶有砜基和醚鍵，具有良好的熱穩(wěn)定性、抗氧化性和機(jī)械性能，主要包括雙酚A型PST和PES等。其優(yōu)點(diǎn)是具有良好的滲透性能和機(jī)械強(qiáng)度、優(yōu)良的耐溫、耐有機(jī)溶劑、耐酸堿性能，被廣泛應(yīng)用于超濾膜、反滲透膜的制備及氣體分離等方面。

　　Isloor等將殼聚糖(CS)作為添加劑，通過(guò)擴(kuò)散誘導(dǎo)相分離的方法制備了PSf-CS超濾膜，研究發(fā)現(xiàn)：改性后的膜滲透性能和抗污染性能均得到很大提高。Shi等研究了兩性離子表面對(duì)PES超濾膜防污性能的影響，結(jié)果表明：改性層的接觸角和5電勢(shì)比原始膜小，水合層的協(xié)同作用和最小靜電作用將超濾膜的防污染性能大幅提高。

　　1.4 PVDF類

　　PVDF超濾膜因力學(xué)性能優(yōu)、韌性好、化學(xué)穩(wěn)定性高、不易被酸堿腐蝕而備受青睞，其制膜工藝多采用相轉(zhuǎn)化法。但是，PVDF超濾膜存在疏水性強(qiáng)、膜孔易阻塞、膜體易污染且清洗較為困難等問(wèn)題。因此，提高PVDF膜的親水性、有效控制膜體污染至關(guān)重要。

　　Jia等制備了PVDF-PVP-TiO2-多巴胺共混超濾膜(PPTD)，并通過(guò)PPTD膜實(shí)現(xiàn)了水中磺胺嘧啶

　　(SD)去，去除率達(dá)到91.4%，PVP-TiO2-多巴胺的加入，增大了膜的孔隙率和平均孔徑，改善了超濾膜的親水性和水通量。Dong等將多臂聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二酰胺(f-PPTA)與PVDF混合制成溶液，利用紡絲工藝制得了一種自支撐的親水性納米纖維膜。其中，f-PPTA提供的親水鏈大大提高了膜的潤(rùn)濕性使其具有穩(wěn)定的過(guò)濾通量。該膜的制備工藝和結(jié)構(gòu)性能為超濾膜凈水領(lǐng)域的發(fā)展提供了新思路。

　　2超濾膜的工業(yè)化應(yīng)用

　　2.1 超濾膜在水處理過(guò)程的應(yīng)用近年來(lái)，國(guó)內(nèi)的超濾膜技術(shù)蓬勃發(fā)展，成果轉(zhuǎn)化已經(jīng)涵蓋諸多領(lǐng)域。其中，最為成熟的是環(huán)境工程中的水處理過(guò)程，主要包括：工業(yè)廢水、生活污水及飲用水處理-三方面。

　　2.1 工業(yè)廢水處理

　　工業(yè)廢水含有大量有毒物質(zhì)，若未妥善處理，會(huì)對(duì)動(dòng)植物及人類的基本生存構(gòu)成威脅。傳統(tǒng)的廢水處理存在資源浪費(fèi)、能耗過(guò)大且工藝復(fù)雜等問(wèn)題，運(yùn)用超濾膜技術(shù)進(jìn)行工業(yè)污水處理可以充分過(guò)濾水中的有害物質(zhì)，最大限度地提高凈水效率、保障生命安全。龔強(qiáng)等利用雙膜法，即：超濾和反滲透(RO)技術(shù)，對(duì)乙烯化工廠二級(jí)處理后的污水進(jìn)行深度處理。

　　研究表明：超濾系統(tǒng)回收率大于90%，出水SDI<3.0，濁度<0.2 NTU，出水水質(zhì)完全滿足RO膜進(jìn)水要求。該污水回用裝置目前已連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行2年，污水回收率達(dá)到70%，脫鹽率超96%，完全符合乙烯化工循環(huán)水要求。

　　2.1.2生活污水處理

　　截至2018年底，地球上的人口總數(shù)接近78億，城市中每人每天產(chǎn)生的生活污水為0.15~0.4 t，針對(duì)生活污水中高脂肪和有機(jī)物含量、高病原微生物含量的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)并應(yīng)用超濾膜技術(shù)對(duì)生活污水進(jìn)行處理勢(shì)在必行。

　　陳小燕對(duì)呼和浩特市某污水處理工程的項(xiàng)目改造研究得到：該污水廠的深度處理引進(jìn)硝化反硝化生物濾池和浸沒(méi)式超濾膜工藝，使出水水質(zhì)達(dá)到地表水V類標(biāo)準(zhǔn)，且系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。陳翔等對(duì)超濾膜在高碑店再生水廠改造升級(jí)中的應(yīng)用進(jìn)行研究，結(jié)果表明：經(jīng)過(guò)連續(xù)10個(gè)月的穩(wěn)定運(yùn)行，水回收率超過(guò)90%，出水濁度約為0.2NTU，滿足廠區(qū)水質(zhì)要求。

　　2.1.3飲用水處理

　　隨著生活水平的提高，居民的用水安全意識(shí)逐步提升，這也對(duì)飲用水凈化技術(shù)提出了更高要求。與傳統(tǒng)處理方法相比，超濾膜技術(shù)的凈水優(yōu)勢(shì)尤為突出。

　　于淑花等對(duì)東營(yíng)南郊超濾膜水廠2009-2014年間的運(yùn)行效果進(jìn)行分析，超濾膜組平穩(wěn)運(yùn)行5年半，產(chǎn)水水質(zhì)穩(wěn)定，濁度介于0.2-0.3NTU，COD在1.65 187

　　mg/L，解決了黃河下游水庫(kù)的水質(zhì)問(wèn)題。劉盼等根據(jù)白龜山水庫(kù)的水質(zhì)特點(diǎn)，選用3種不同材質(zhì)的超濾膜進(jìn)行處理，結(jié)果表明：3種超濾膜對(duì)水庫(kù)水均具有較高的除濁率，SZ101，SZ102，SZ103的出水濁度平均為0.036 NTU，0.024 NTU，0.046 NTU，平均去除率均在96%以上，去除效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)凈水廠。鐘燕敏等采用超濾組合工藝對(duì)黃浦江上游原水進(jìn)行處理，出水濁度-0.1 NTU，工藝耗氧量<1.5 mglL，氨氮0.2mgl L，滿足高標(biāo)準(zhǔn)供水要求。

　　2.2超濾膜在生物領(lǐng)域的應(yīng)用

　　近年來(lái)，超濾膜在生物領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸增加。張劍等對(duì)超濾技術(shù)的原理、分離過(guò)程以及超濾膜和超濾條件對(duì)生物酶超濾性能的影響進(jìn)行了綜述，并從發(fā)酵液的處理、超濾膜和超濾過(guò)程的優(yōu)化出發(fā)，對(duì)提高超濾性能的成果進(jìn)行了總結(jié)和討論，指出生物酶超濾技術(shù)的未來(lái)發(fā)展方向，如：超濾數(shù)學(xué)模型的開(kāi)發(fā)、超濾工藝的改進(jìn)等。

　　3結(jié)束語(yǔ)

　　超濾膜技術(shù)作為一種新型的分離過(guò)濾技術(shù)發(fā)展迅速，并逐漸成為污水處理領(lǐng)域的主要方法之一。與傳統(tǒng)的水處理方法相比，超濾膜技術(shù)具有操作簡(jiǎn)單、分離高效等優(yōu)點(diǎn)。本文綜述了超濾膜制膜材料的種類及行業(yè)現(xiàn)狀，總結(jié)分析了超濾膜的工業(yè)化應(yīng)用，并對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行了展望：

　　(1)PVDF類膜材料以優(yōu)良的性能被廣泛用作超濾膜的制膜材料。

　　(2)超濾膜技術(shù)是未來(lái)廢水資源化的主流，與其它技術(shù)的耦合將成為發(fā)展趨勢(shì)。

　　(3)開(kāi)發(fā)性能優(yōu)、價(jià)格低、通量高、污染小、自清潔的膜材料和膜過(guò)程的智能化應(yīng)用將是國(guó)內(nèi)外專家的研究熱點(diǎn)。

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