超滤膜的制膜材料及工业化应用

《超滤膜的制膜材料及工业化应用》论文发表期刊：《石化技术》；发表周期：2020年11期

《超滤膜的制膜材料及工业化应用》论文作者信息：孙雪飞（1994.01）女，硕士，从事超滤、纳滤、反渗透膜的生产及应用研究。

　　摘要：介绍了国内外现有超滤膜的制膜材料及研究现状，系统综述了超滤膜技术的工业化应用，并对未来的研究方向及发展领域提出了建议。

　　关键词：超滤膜技术 膜材料工业化应用水处理

　　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

　　我国是一个水资源严重匮乏且分布不均的国家，人均占有量仅为世界水平的14。近30年来，污水回用技术作为缓解我国水源现状的重要方法不断发展。其中，膜分离产业中的超滤膜技术-是最为有效的污水预处理方法之一。超滤膜的制膜材料及性能是该技术具备实用价值的基础。因此，本文对超滤膜的制膜材料及其工业化应用进行了系统综述。

　　1超滤膜的制膜材料

　　目前，超滤膜的制膜材料主要包括无机膜和有机膜两大类。本文的研究重点是：有机膜材料中的酷酸纤维素(CA)类、聚酰胺(PA)类、聚砜(PS)类和聚偏氟乙烯(PVDF)类。

　　1.1 CA类

　　CA是由纤维素与酸酐经催化酯化制得的一种热塑性树脂，是目前最为常见的制膜原料，具有价格便宜、工艺简单、机械强度高、热稳定性好等优点;但是，CA膜也存在不耐微生物腐蚀、易被氧化和污染、水通量不足等缺点。因此，制备具有高通量的CA膜是当今的研究热点。许耀光等以CA粉末为主材，采用源头改性接枝丙烯酸(AA)单体、添加正硅酸乙酯

　　(TEOS)的方法制备了一种CA超滤膜。经丙烯酸改性后，膜的亲水性和抗污染能力提高;当加入3%的TEOS时，水通量达到最高。凤权课题组利用静电纺丝和化学改性法制备了聚丙烯腊/再生纤维素(PAN/RC)复合纳米纤维膜，并以该膜构建膜分离系统进行血清白蛋白的分离纯化，结果表明：复合纤维膜的通量约为常用聚醚砜(PES)超滤膜的4倍。

　　1.2 PA类

　　PA类超滤膜中的聚酰亚胺(PI)是近年的研究热点。PI有可溶性和不溶性2种，不溶性P儿乎不能溶解于任何溶剂，工业上首先采用干-湿法制备PA酸类中空纤维膜再结合膜丝亚胜胺化的方法得到P1超滤膜。该过程可能会影响膜丝结构，易在膜表面形成缺陷。

　　Gu等通过一次性聚合反应合成了新型芳香两性离子PI共聚物，并将其用于抗污染超滤膜的制备。该新型超滤膜具有优异的亲水性和防污性，纯净水通量和蛋白质溶液的渗透性均显著高于参比P1膜。Liao等合成了一种易于分散在极性溶剂中的单壁碳纳米管-聚苯胺(SWCNT-PANi)杂化纳米纤维，并在过滤直径为6nm的牛血清白蛋白和48 nm的sio，颗粒悬浮液时，表现出超滤状态的选择渗透性。

　　1.3 PSf类

　　PSf是一种含芳环结构的高分子物质，其主链上带有砜基和醚键，具有良好的热稳定性、抗氧化性和机械性能，主要包括双酚A型PST和PES等。其优点是具有良好的渗透性能和机械强度、优良的耐温、耐有机溶剂、耐酸碱性能，被广泛应用于超滤膜、反渗透膜的制备及气体分离等方面。

　　Isloor等将壳聚糖(CS)作为添加剂，通过扩散诱导相分离的方法制备了PSf-CS超滤膜，研究发现：改性后的膜渗透性能和抗污染性能均得到很大提高。Shi等研究了两性离子表面对PES超滤膜防污性能的影响，结果表明：改性层的接触角和5电势比原始膜小，水合层的协同作用和最小静电作用将超滤膜的防污染性能大幅提高。

　　1.4 PVDF类

　　PVDF超滤膜因力学性能优、韧性好、化学稳定性高、不易被酸碱腐蚀而备受青睐，其制膜工艺多采用相转化法。但是，PVDF超滤膜存在疏水性强、膜孔易阻塞、膜体易污染且清洗较为困难等问题。因此，提高PVDF膜的亲水性、有效控制膜体污染至关重要。

　　Jia等制备了PVDF-PVP-TiO2-多巴胺共混超滤膜(PPTD)，并通过PPTD膜实现了水中磺胺嘧啶

　　(SD)去，去除率达到91.4%，PVP-TiO2-多巴胺的加入，增大了膜的孔隙率和平均孔径，改善了超滤膜的亲水性和水通量。Dong等将多臂聚对苯二甲酰对苯二酰胺(f-PPTA)与PVDF混合制成溶液，利用纺丝工艺制得了一种自支撑的亲水性纳米纤维膜。其中，f-PPTA提供的亲水链大大提高了膜的润湿性使其具有稳定的过滤通量。该膜的制备工艺和结构性能为超滤膜净水领域的发展提供了新思路。

　　2超滤膜的工业化应用

　　2.1 超滤膜在水处理过程的应用近年来，国内的超滤膜技术蓬勃发展，成果转化已经涵盖诸多领域。其中，最为成熟的是环境工程中的水处理过程，主要包括：工业废水、生活污水及饮用水处理-三方面。

　　2.1 工业废水处理

　　工业废水含有大量有毒物质，若未妥善处理，会对动植物及人类的基本生存构成威胁。传统的废水处理存在资源浪费、能耗过大且工艺复杂等问题，运用超滤膜技术进行工业污水处理可以充分过滤水中的有害物质，最大限度地提高净水效率、保障生命安全。龚强等利用双膜法，即：超滤和反渗透(RO)技术，对乙烯化工厂二级处理后的污水进行深度处理。

　　研究表明：超滤系统回收率大于90%，出水SDI<3.0，浊度<0.2 NTU，出水水质完全满足RO膜进水要求。该污水回用装置目前已连续、稳定运行2年，污水回收率达到70%，脱盐率超96%，完全符合乙烯化工循环水要求。

　　2.1.2生活污水处理

　　截至2018年底，地球上的人口总数接近78亿，城市中每人每天产生的生活污水为0.15~0.4 t，针对生活污水中高脂肪和有机物含量、高病原微生物含量的特点，开发并应用超滤膜技术对生活污水进行处理势在必行。

　　陈小燕对呼和浩特市某污水处理工程的项目改造研究得到：该污水厂的深度处理引进硝化反硝化生物滤池和浸没式超滤膜工艺，使出水水质达到地表水V类标准，且系统运行稳定。陈翔等对超滤膜在高碑店再生水厂改造升级中的应用进行研究，结果表明：经过连续10个月的稳定运行，水回收率超过90%，出水浊度约为0.2NTU，满足厂区水质要求。

　　2.1.3饮用水处理

　　随着生活水平的提高，居民的用水安全意识逐步提升，这也对饮用水净化技术提出了更高要求。与传统处理方法相比，超滤膜技术的净水优势尤为突出。

　　于淑花等对东营南郊超滤膜水厂2009-2014年间的运行效果进行分析，超滤膜组平稳运行5年半，产水水质稳定，浊度介于0.2-0.3NTU，COD在1.65 187

　　mg/L，解决了黄河下游水库的水质问题。刘盼等根据白龟山水库的水质特点，选用3种不同材质的超滤膜进行处理，结果表明：3种超滤膜对水库水均具有较高的除浊率，SZ101，SZ102，SZ103的出水浊度平均为0.036 NTU，0.024 NTU，0.046 NTU，平均去除率均在96%以上，去除效果明显优于传统净水厂。钟燕敏等采用超滤组合工艺对黄浦江上游原水进行处理，出水浊度-0.1 NTU，工艺耗氧量<1.5 mglL，氨氮0.2mgl L，满足高标准供水要求。

　　2.2超滤膜在生物领域的应用

　　近年来，超滤膜在生物领域的应用逐渐增加。张剑等对超滤技术的原理、分离过程以及超滤膜和超滤条件对生物酶超滤性能的影响进行了综述，并从发酵液的处理、超滤膜和超滤过程的优化出发，对提高超滤性能的成果进行了总结和讨论，指出生物酶超滤技术的未来发展方向，如：超滤数学模型的开发、超滤工艺的改进等。

　　3结束语

　　超滤膜技术作为一种新型的分离过滤技术发展迅速，并逐渐成为污水处理领域的主要方法之一。与传统的水处理方法相比，超滤膜技术具有操作简单、分离高效等优点。本文综述了超滤膜制膜材料的种类及行业现状，总结分析了超滤膜的工业化应用，并对其发展前景进行了展望：

　　(1)PVDF类膜材料以优良的性能被广泛用作超滤膜的制膜材料。

　　(2)超滤膜技术是未来废水资源化的主流，与其它技术的耦合将成为发展趋势。

　　(3)开发性能优、价格低、通量高、污染小、自清洁的膜材料和膜过程的智能化应用将是国内外专家的研究热点。

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