MBR膜材料的强化技术


 

  聚砜(PSF)、聚丙烯腈(PAN)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚醚酮(PEK)、聚醚砜(PES)等多种特种工程高分子材料制成的膜表面亲水性比较差,被分离物质在疏水表面易产生吸附,易造成膜污染,成为膜技术进一步推广应用的阻碍。因此,只有通过膜材料改性来控制膜与渗透物间的亲和性,才能达到渗透性与选择性的统一。目前,几种最常用的膜材料改性方法有等离子体改性法、表面活性剂改性法、酶改性法、紫外辐照法、高分子合金法和表面化学反应法。改性膜材料的方法很多,可分为化学改性、物理改性和生物改性。
  1 膜的化学改性:化学改性又有膜材料化学改性和膜表面化学改性等。膜材料化学改性包括材料的共聚、接枝、用化学方法赋予亲水基团等。膜表面化学改性包括含官能团的聚合物薄膜涂覆、等离子体表面聚合改性、界面缩聚等方法。王文才等对溶解在N-甲基吡咯烷酮中的聚偏氟乙烯进行处理引入过氧基团,然后通过热引发接枝聚合亲水性聚乙二醇甲基丙烯酸酯(PEGMA),再通过相转变法制备具有亲水特性的PVDF分离膜。接枝后的PVDF 膜接触角降低到42°,表现出很好的亲水性和抗污染性能。赵翌帆等以电子束辐照为引发手段,采用丙烯酸/苯乙烯磺酸钠AAc/SSS 混合单体接枝改性PTFE 膜表面。通过一步接枝的方法对PTFE 膜表面进行亲水化改性同时引
入磺酸基团,显著提高了膜表面的亲水性。Onishi 等使用亲水性的聚2 甲氧基丙烯酸酯接枝聚丙烯制备的微孔膜,不吸附蛋白质,有效地减缓了吸附性污染的发生。刘建超等对紫外诱导移植法改性聚丙烯膜,发现膜表面的接触角明显下降,说明膜表面亲水性显著增强,并制备了具有多种亲水性和抗菌性的膜。
  2 膜的物理改性:物理改性分为膜材料的物理改性和膜结构的改性。膜材料的改性即膜材料与其它聚合物实施物理共混,改善膜的亲水性能,也是改善高分子材料性质简单而有效的方法。而膜结构的改性即膜表面的荷电性、膜孔径大小及膜表面粗糙度等。宋来洲等成功的将具有螯合配位作用的DTPA 与PVDF 共混,制备了PVDF 改性分离膜。结果表明,PVDF 改性膜的吸附/ 脱附性能优良,经吸附/ 脱附4 次循环后,其对Cu2+ 吸附量大于0.026 mg·cm-2,脱附率仍超过95%。湛含辉利用无皂乳液聚合法将AA 与MMA单体与KH-570 分子链上的双键进行聚合,合成双亲性纳米TiO2复合体,用于改性PVDF 超滤膜,改性膜通量、截留率可分别达到80 mL·cm-2·h-1 和80%以上。此外,合理设计膜丝的膜孔径、长度、直径及松弛度可以有效地减缓膜污染。Yoon认为膜丝过长的膜组,曝气产生的气泡在上升过程中易凝结成大气泡,减弱了膜组件上端的清洗效果。卜庆杰的试验表明对于减轻膜污染而言,膜丝长度为0.4 m 膜组件的临界通量区高于膜丝长度为0.2、0.6、0.7 m 的膜组件。Choi 等比较了聚四氟乙烯(PTFE)、聚碳酸酯径迹蚀刻(PCTE)和聚酯径迹蚀刻(PETE)3 种有机膜的过滤性能,结果表明表面粗糙度较高的PTFE 膜总过滤阻力最高。
  膜的生物改性:吸附、包埋、共价交联、微束等固定化酶技术的迅速发展,改变了酶工程学的面貌。酶膜反应器将膜作为固定化酶载体,能有效地将酶固定,实现产物原位分离,消除位阻效应和抑制效应,且可连续操
作便于放大,易溶解膜表面的EPS,很好的抑制膜污染。Lee 等用特定的酶(Lactonase 和Acylase)将这类自聚物作为底物,通过淬灭这种物质以减少膜表面生物膜的生长,从而减轻膜污染。试验表明,在膜材料表面用这些酶修饰可以在恒流过滤条件下有效减少TMP 的增长。还采用磁性载体固定化酶或者强化膜表面改性,可延长酶的活性从而极大减轻生物膜污染。Edwards 等把多酚氧化酶固定到聚砜毛细管膜上,虽然酶活有所降低,但酶膜生物反应器表现出了良好的氧化能力,而且很容易把产物从污水中分离出来。Jolivalt 等报道了固定化漆酶在
酶膜生物反应器中分解污水中苯基尿素杀虫剂,固定化后酶活更加稳定,处理能力更强。