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        “小”孔里有“大”玄機---納濾膜污染機理新發現
        來源:晟川膜分離 發布時間:2021-07-12 次瀏覽
        據膜科學與工程微信公眾平臺2019年4月19日訊 膜分離技術雖然具有綠色高效等優勢,但在實際應用過程中,溶質會不可避免的聚集 吸附在膜面或

        據膜科學與工程微信公眾平臺2019年4月19日訊 膜分離技術雖然具有綠色高效等優勢,但在實際應用過程中,溶質會不可避免的聚集/吸附在膜面或膜孔內,即形成膜污染。傳統理論認為,膜污染(如濾餅層或孔內污染)會導致膜的傳質阻力增大,在恒通量條件下膜對溶質的截留率會上升。但近期中國科學院過程工程研究所萬印華研究員團隊在研究水中多環芳烴(PAHs)對聚酰胺納濾膜的污染機理時發現,膜污染雖然會導致納濾膜滲透通量下降,但其在恒通量操作下對中性親水小分子的截留率卻保持不變。
          PAHs是一種由多個苯環組成的有機微污染物,具有強烈的致畸和致癌性,主要來源于各種碳材料(化石燃料和生物質等)的不完全燃燒。各類工業廢水(主要是焦化廢水)中都含有大量的PAHs。由于納濾膜可高效截留小分子有機物,通常作為廢水處理的終端步驟,因此解析PAHs對納濾膜的污染機理,對含PAHs廢水的處理具有重要的指導意義。焦化廢水中存在的PAHs主要包括萘及萘的甲基化衍生物,以及由三到五個苯環組成的PAHs,它們的分子量一般都低于500 Da?;诖?,研究人員選擇了五種商品化聚酰胺納濾膜,研究了它們在處理含PAHs模擬料液和真實焦化廢水過程中的截留和污染機理。萘,6-甲氧基-1,2,3,4-四氫萘和芘(包含四個苯環)被選為模型污染物。
          該研究團隊發現聚酰胺納濾膜對PAHs有很強的吸附能力,過濾初期,PAHs在納濾膜上吸附是其主要截留機理。但由于溶解-擴散作用,被膜吸附的PAHs會逐漸擴散解吸透過膜,導致其表觀截留率下降。分子排阻作用是納濾膜去除PAHs的另一重要機理,PAHs分子量越大,極性越弱,在膜上吸附量越低,膜對其分子排阻作用越強。然而,雖然PAHs吸附會造成膜滲透通量和孔隙率下降,但并不一定導致納濾膜的平均孔徑變小和對中性小分子截留率變大。通過分析納濾膜處理PAHs前后的孔徑分布,發現對孔徑較小且孔徑分布較窄的膜(如NF270),PAHs會無差別的吸附在幾乎所有膜孔中。雖然這種無差別吸附會造成膜孔堵塞,但膜的孔徑分布和平均孔徑卻基本不變。對于孔徑較大且孔徑分布較寬的膜(如NF10),PAHs主要吸附在納濾膜的大孔中(擴散阻力低,局部通量高),產生縮孔效應導致其孔徑分布變窄和平均孔徑變小。但由于該納濾膜在吸附PAHs后的孔徑仍遠大于一些親水中性小分子的水合半徑(葡萄糖和丙三醇等),所以PAHs吸附基本不會影響納濾膜對它們的截留能力。

          當用納濾膜處理含PAHs的真實焦化廢水時,廢水中包含的無機鹽及其它有機物會導致更嚴重的膜污染現象,膜通量大幅衰減,但PAHs的截留率在膜污染到一定程度時有略微上升。通過簡單的化學清洗,基本可清除吸附在膜上/內的PAHs,但清洗液中的PAHs仍會造成二次污染。
          該研究得到水污染控制與治理重大科技計劃 (2017ZX07402001-004)、中國科學院青年促進創新計劃(2017069)的資金支持。相關研究成果發表在Journal of Membrane Science, 582, 2019 ,264-273。

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