季铵化氧化石墨烯改性超滤膜海水淡化预处理中的性能研究.pdf

季铵化氧化石墨烯改性超滤膜的制备及其在海水淡化预处理中的性能研究

摘要

超滤法作为一种常用的海水淡化预处理技术，在截留大分子物质、节省空间和成本、

减少环境污染等方面具有显著优势。但在长期使用过程中，超滤膜表面或膜孔内会吸附

并沉积大量污染物，导致膜渗透分离性能降低、使用寿命缩短以及能耗和成本增加。因

此，设计并研发具有优异抗污染性能的膜分离材料对超滤膜在海水淡化预处理中的应用

具有重要意义。本研究以季铵化氧化石墨烯（QGO）为改性剂、聚多巴胺（PDA）为交

联剂，通过表面涂覆法对聚偏氟乙烯（PVDF）超滤膜进行改性，制备了季铵化氧化石

墨烯改性超滤膜（QGO/PDA-PVDF），并考察了“混凝+超滤”工艺在海水淡化预处理

中的性能，旨在为研究适用于海水淡化预处理的超滤膜提供一定的借鉴和参考。

首先，以氧化石墨烯（GO）为载体，通过化学接枝法制备了季铵化氧化石墨烯，

并对其化学结构和微观形貌进行了表征分析。在此基础上，以QGO为膜改性剂、PDA

为交联剂，通过先抽滤后交联的方法，对PVDF膜进行表面改性，制备了QGO/PDA-PVDF

膜，并对改性膜进行了一系列测试分析。结果表明，与未改性的PVDF膜相比，

QGO/PDA-PVDF膜的分离性能、亲水性和抗污染能力均得到有效改善，其纯水渗透率

为1105.4L·m-2·h-1·bar-1，水接触角为59.4°，对牛血清白蛋白的截留率为79.5%，以牛

血清白蛋白和腐殖酸为模型污染物时，膜在第一个污染-清洗循环中的通量恢复率分别

为71.8%和83.9%，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为97.2%和96.3%。

进一步地，以海水为实验对象，考察了QGO/PDA-PVDF膜在海水淡化预处理中的

性能，并对“混凝+超滤”工艺在海水淡化预处理中的性能进行分析。在混凝过程中，

考察了三氯化铁、聚合氯化铝（PAC）以及聚合氯化铝-聚丙烯酰胺复配（PAC-PAM）

三种混凝剂的处理效果，以及水样pH对混凝效果的影响。同时，探究了混凝过程对膜

表面污染程度的影响。结果表明，混凝处理能够有效去除水中的悬浮颗粒和胶体污染物，

在一定程度上减轻膜污染。此外，在过滤原海水和混凝后的海水时，QGO/PDA-PVDF

膜的通量恢复率、可逆污染率等膜污染参数均优于未改性的PVDF膜，表现出更好的抗

污染性能。在PAC混凝剂投加量为25mg/L的条件下，海水经过“混凝+QGO改性超

滤膜分离”处理后，出水浊度为0.09NTU，SDI15值稳定在1.8左右，符合反渗透系统

的进水要求，QGO改性超滤膜在海水淡化预处理中表现出一定的应用潜力。

关键词：超滤膜；表面改性；季铵化氧化石墨烯；混凝；海水淡化预处理

季铵化氧化石墨烯改性超滤膜的制备及其在海水淡化预处理中的性能研究

Abstract

Ultrafiltrationiswidelyrecognizedasthemostpopularpretreatmenttechnologyfor

seawaterdesalination,whichcaneffectivelyinterceptpollutants,savespaceandcostwhile

minimizingenvironmentalpollution.However,duringthelong-termoperationofmembranes,

manypollutantswillgraduallyaccumulateandblockthemembranesurfaceandinternal

membranepores.Thiscanleadtoadecreaseinmembranepermeabilityandseparationability,

theshortservicelifeofmembranes,aswellastheincreaseofenergyconsumptionandc