朱軒慧 唐玉蘭

摘要：膜污染是制約膜應(yīng)用的主要原因，綜述了膜污染的主要成因和改性方法，并對(duì)控制膜污染進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：膜污染；膜壽命；膜改性

膜的分離技術(shù)因?yàn)榫哂泄?jié)能、高效、清潔等優(yōu)點(diǎn)，而被許多研究者關(guān)注。膜的分離技術(shù)早在20世紀(jì)初就出現(xiàn)了，20世紀(jì)60年代后迅速崛起。迄今，已在各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，如水處理、食品、環(huán)保、能源、電子、醫(yī)藥、化工、石油、生物、冶金、仿生等領(lǐng)域，而且在各個(gè)領(lǐng)域都發(fā)展的很快。然而，膜的壽命和膜污染嚴(yán)重制約了其應(yīng)用，尤其是水處理領(lǐng)域。

一、膜污染及改性方法

超濾膜受到污染的原因主要有以下三個(gè)方面：表面的附著、顆粒的阻塞、表面的吸附；如果一個(gè)膜能夠最大限度的克服這三個(gè)方面的污染，那么這個(gè)膜只要通過(guò)最簡(jiǎn)單的反沖洗就可以達(dá)到非常理想的清洗效果，從而可以更好的應(yīng)用于大規(guī)模的水處理工程中。

第一，表面的附著，在實(shí)際濾水過(guò)程中，可以通過(guò)定期加入次氯酸鈉來(lái)殺菌，這個(gè)方法可以用來(lái)杜絕膜的表面吸附著；

第二，在膜的制造過(guò)程中，可以通過(guò)嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗(yàn)，觀察到如果膜的孔徑分布很窄，并且沒(méi)有大孔缺陷，就能很高效的克服顆粒的阻塞；

第三，為了克服表面的吸附，可以利用親水性永久的膜材料，通過(guò)這種方法可以很好的克服膜表面的吸附對(duì)膜造成的污染。如果克服了這三方面的污染問(wèn)題，也就能保證了超濾膜組件在大規(guī)模水處理工程應(yīng)用中的可靠性。

膜污染是膜過(guò)濾技術(shù)的一個(gè)主要挑戰(zhàn)。在膜操作期間，膠體、微生物和天然有機(jī)物質(zhì)（NOM）的積累是結(jié)垢的主要原因。當(dāng)膜污染累積時(shí)，流量下降并且操作壓力也會(huì)增加。如果膜很脆弱，容易損壞，則需要更頻繁的進(jìn)行物理和化學(xué)清洗，而最終會(huì)導(dǎo)致更短的膜壽命。因此，已經(jīng)進(jìn)行了許多研究來(lái)改善膜的耐污染性。根據(jù)過(guò)去的研究，膜污染主要是由骨架材料的內(nèi)在疏水性引起的。幾個(gè)研究已經(jīng)表明，膜污染的抗性可以通過(guò)增加膜的親水性來(lái)改善。已經(jīng)有研究證明了幾種方法可以改善膜的親水性。這些方法可以分為表面涂層，表面接枝和界面聚合。但是，這些方法具有幾個(gè)缺點(diǎn)。

例如，表面涂層是使用物理吸附，從溶液涂覆薄膜上的水溶性聚合物或表面活性劑的薄層，涂層通常是不穩(wěn)定的，并且可以在膜操作期間被洗掉。為了在膜表面上引入官能團(tuán)，表面接枝需要額外的步驟，例如UV光引發(fā)，氧化還原引發(fā)，γ射線引發(fā)或等離子體引發(fā)，這使得表面接枝不適用于大規(guī)模工業(yè)制造。界面聚合通常在高度危險(xiǎn)的條件下進(jìn)行。最近應(yīng)用于改善膜的親水性的另一種方法是共混改性。在共混改性方法中，在膜制備過(guò)程中，在膜澆鑄溶液中加入添加劑（例如親水性聚合物，兩親性聚合物和兩性離子聚合物）當(dāng)將共混改性方法與其它改性方法比較時(shí)，共混改性方法是簡(jiǎn)單的并且適用于大規(guī)模工業(yè)制造。

在共混改性中，共聚物已經(jīng)用于改善超濾膜的親水性。幾個(gè)研究表明，通過(guò)將共聚物加入到流延涂料中，通過(guò)相轉(zhuǎn)化技術(shù)澆鑄的膜的親水性和耐污染性已經(jīng)顯著改善。

兩親共聚物通常用于共混改性方法中，因?yàn)檫@種類(lèi)型的共聚物中的疏水鏈段可以與膜主鏈基質(zhì)物理結(jié)合，而親水鏈段將在膜表面上延伸以增加膜親水性。

由于高孔密度，共聚物的自組裝可以導(dǎo)致均勻的孔徑分布和高通量。具有均勻孔徑的膜可以比具有寬孔徑分布的膜表現(xiàn)出更好的選擇性。通常，制造沒(méi)有任何結(jié)構(gòu)缺陷的膜是不容易的。如果存在諸如大孔的缺陷，則大多數(shù)顆?；蚍肿訉⑹紫韧ㄟ^(guò)這些孔，因?yàn)樗鼈兙哂凶钚〉碾娮?。自組裝是下一代超濾膜制造，因?yàn)樗梢孕纬删哂懈呖酌芏鹊臒o(wú)缺陷膜。這樣的膜具有高通量和優(yōu)異的分子量截止。

二、膜壽命

膜壽命是指膜可用于過(guò)濾而不用新膜替換的時(shí)期。膜壽命與膜骨架材料的性質(zhì)有關(guān)。膜骨架材料是用于澆鑄膜的主要材料。在膜過(guò)濾過(guò)程中，由于膠體、微生物和天然有機(jī)物質(zhì)的積累將發(fā)生膜污染。膜結(jié)垢是我們不希望看到的現(xiàn)象，因?yàn)樗档土四み^(guò)濾過(guò)程的效率。為了保持膜的性能，需要進(jìn)行清洗過(guò)程。由于必要的清潔過(guò)程（例如，空氣沖洗，反向沖洗和化學(xué)清潔）以維持膜的性能，膜主鏈材料的固有性質(zhì)對(duì)于膜壽命是必需的。優(yōu)異的骨架膜材料應(yīng)當(dāng)具有優(yōu)異的物理性能（例如，魯棒的機(jī)械強(qiáng)度）和化學(xué)性質(zhì)（例如酸和堿電阻）。用于制備膜的普通聚合物包括聚偏二氟乙烯（PVDF），聚四氟乙烯（PTFE），聚醚砜（PES），聚丙烯（PP），聚氯乙烯（PVC），聚砜（PSF）等。近年來(lái)，PVC和PVDF膜由于其良好的物理和化學(xué)性質(zhì)已經(jīng)用于許多應(yīng)用中。

三、展望

雖然可以通過(guò)增加反沖洗強(qiáng)度和頻率、改善原水的預(yù)處理技術(shù)以及提高膜表面流速等操作條件來(lái)控制膜污染，但這些方法只能在一定程度上減輕膜污染的現(xiàn)象，并不能從根本上解決膜污染的問(wèn)題。因此，在今后的研究中，應(yīng)該去尋找新的制膜方法。目前對(duì)PVDF膜親水改性的方法可歸結(jié)為本體改性和表面改性兩大類(lèi)，前者主要通過(guò)在膜材料中引入極性基團(tuán)以從整體上改善膜的親水性，后者主要是通過(guò)在膜表面引入極性基團(tuán)以提高膜的親水性。綜上，膜的親水性的改良、抗污染性能的提高是解決膜污染問(wèn)題的根本途徑。

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作者簡(jiǎn)介：朱軒慧（1991），女，遼寧鞍山人，碩士；唐玉蘭（1971），女，江蘇揚(yáng)州人，博士后，教授，研究方向：高分子有機(jī)膜的制備及在水處理中的應(yīng)用。