《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，并對未來的研究方向及發(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

　　我國是一個水資源嚴重匱乏且分布不均的國家，人均占有量僅為世界水平的14。近30年來，污水回用技術(shù)作為緩解我國水源現(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)具備實用價值的基礎(chǔ)。因此，本文對超濾膜的制膜材料及其工業(yè)化應(yīng)用進行了系統(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機膜和有機膜兩大類。本文的研究重點是：有機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脂，是目前最為常見的制膜原料，具有價格便宜、工藝簡單、機械強度高、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點;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。因此，制備具有高通量的CA膜是當今的研究熱點。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;當加入3%的TEOS時，水通量達到最高。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。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。該過程可能會影響膜絲結(jié)構(gòu)，易在膜表面形成缺陷。

　　Gu等通過一次性聚合反應(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，并在過濾直徑為6nm的牛血清白蛋白和48 nm的sio，顆粒懸浮液時，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、抗氧化性和機械性能，主要包括雙酚A型PST和PES等。其優(yōu)點是具有良好的滲透性能和機械強度、優(yōu)良的耐溫、耐有機溶劑、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，通過擴散誘導(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、膜孔易阻塞、膜體易污染且清洗較為困難等問題。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PPTD膜實現(xiàn)了水中磺胺嘧啶

　　(SD)去，去除率達到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等將多臂聚對苯二甲酰對苯二酰胺(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濕性使其具有穩(wěn)定的過濾通量。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 超濾膜在水處理過程的應(yīng)用近年來，國內(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，會對動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、能耗過大且工藝復(fù)雜等問題，運用超濾膜技術(shù)進行工業(yè)污水處理可以充分過濾水中的有害物質(zhì)，最大限度地提高凈水效率、保障生命安全。龔強等利用雙膜法，即：超濾和反滲透(RO)技術(shù)，對乙烯化工廠二級處理后的污水進行深度處理。

　　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膜進水要求。該污水回用裝置目前已連續(xù)、穩(wěn)定運行2年，污水回收率達到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，針對生活污水中高脂肪和有機物含量、高病原微生物含量的特點，開發(fā)并應(yīng)用超濾膜技術(shù)對生活污水進行處理勢在必行。

　　陳小燕對呼和浩特市某污水處理工程的項目改造研究得到：該污水廠的深度處理引進硝化反硝化生物濾池和浸沒式超濾膜工藝，使出水水質(zhì)達到地表水V類標準，且系統(tǒng)運行穩(wěn)定。陳翔等對超濾膜在高碑店再生水廠改造升級中的應(yīng)用進行研究，結(jié)果表明：經(jīng)過連續(xù)10個月的穩(wěn)定運行，水回收率超過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逐步提升，這也對飲用水凈化技術(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)勢尤為突出。

　　于淑花等對東營南郊超濾膜水廠2009-2014年間的運行效果進行分析，超濾膜組平穩(wěn)運行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的水質(zhì)問題。劉盼等根據(jù)白龜山水庫的水質(zhì)特點，選用3種不同材質(zhì)的超濾膜進行處理，結(jié)果表明：3種超濾膜對水庫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黃浦江上游原水進行處理，出水濁度-0.1 NTU，工藝耗氧量<1.5 mglL，氨氮0.2mgl L，滿足高標準供水要求。

　　2.2超濾膜在生物領(lǐng)域的應(yīng)用

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

　　3結(jié)束語

　　超濾膜技術(shù)作為一種新型的分離過濾技術(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)具有操作簡單、分離高效等優(yōu)點。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，并對其發(fā)展前景進行了展望：

　　(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。

　　(3)開發(fā)性能優(yōu)、價格低、通量高、污染小、自清潔的膜材料和膜過程的智能化應(yīng)用將是國內(nèi)外專家的研究熱點。

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