第七届广东水展

广东国际水处理技术与设备展览会 WATERTECH CHINA (GUANGDONG) 2022

广州 | 保利世贸博览馆 2022331日-42

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高压膜表面性质对膜污染的影响机制

面对日趋严重的水资源短缺问题,包括纳滤和反渗透在内的高压膜技术在饮用水、再生水处理以及海水、苦咸水淡化等方面逐渐得到了广泛应用。膜污染是膜分离过程中存在的普遍现象,会导致出水水质变差、膜使用寿命缩短、运行成本增加等问题,因此需要对膜污染机理进行深入解析并研发抑制或缓解膜污染的有效手段。膜污染的形成由膜表面性质、进水水质和运行条件共同决定,故通常也从这三方面进行膜污染控制。

 

相比于预处理、膜清洗、添加抑菌剂阻垢剂这些需要额外消耗化学品或增加能耗的操作,增强膜自身的抗污染能力更具优势。使用抗污染的膜能够与更好地现有工艺组件适配,耐受更高污染物浓度的进水,且有助于在不增加运行负荷的情况下提高产水率(减少浓水体积) 。尽管随着污染物在膜表面的累积,污染过程会由污染物-膜相互作用主导逐渐转变为污染物-污染物相互作用主导,但膜表面性质仍显著影响初期污染物在膜表面的粘附和污染层的形成,也影响清洗过程中污染物从膜上脱离的难易程度。针对膜表面性质对膜污染行为的影响,目前已开展了大量研究,但由于膜表面性质的复杂性和膜污染类型的多样性,尚未形成系统性的认识和统一结论。

 

因此,全面总结膜污染与膜表面性质相关性方面的研究进展,对膜材料研发和膜污染控制具有重要的指导意义。根据污染物不同,膜污染类型可分为有机污染、无机污染、结垢污染和生物污染4大类。有机污染主要由进水中的腐殖质、多糖和蛋白质等溶解性有机物导致,对应膜污染研究中常用的模型污染物分别为腐殖酸(HA) 或富里酸(FA) 、海藻酸钠(SA) 和牛血清蛋白(BSA) 。无机污染是由水体中的铝、铁、硅等无机胶体和微粒造成的污染,而结垢污染一般指的是钙等二价阳离子的碳酸盐、硫酸盐和磷酸盐以及硅酸等物质在膜表面的结晶或沉积。生物污染则由粘附在膜表面的微生物及其代谢产物引起,二者共同形成生物膜后会进一步加重生物污染。在实际应用中,通常出现的是由多种污染物共存造成的复合污染,并且进水水质的差异也会导致膜污染的主要类型有所不同。影响膜污染行为的关键性质主要包括膜表面的亲疏水性、荷电性、官能团种类以及粗糙度(详见图1) 。前3项理化性质决定了膜材料与特定污染物之间的疏水作用、静电作用以及氢键等特异性相互作用,而膜表面粗糙度则通过粗糙结构、规则图案等形貌特征影响污染物与膜的接触面积以及错流过滤时膜表面的水力条件。

 

目前涉及膜表面性质对膜污染影响的综述文章较少,其中多数也仅针对单一污染类型进行了简要介绍。本文将依次探讨各个膜表面性质对不同类型膜污染的影响,进而对有助于膜污染控制的关键性质进行总结,最后为后续相关科学研究的开展和抗污染膜的研发提出了建议。

摘 要

 

围绕纳滤膜和反渗透膜在水处理应用中的膜污染问题,论述了膜表面亲疏水性、荷电性、官能团和粗糙度4种关键性质对包括有机污染、无机污染、结垢污染和生物污染在内的不同污染类型的影响,分析了研究中由膜表面性质耦合性和污染物性质差异所导致的不同结论,并总结了膜表面各性质对膜污染的影响机制以及存在不确定性的原因,可为针对膜表面性质与膜污染相关性的研究和抗污染膜的研发提供建议。

 

01膜表面亲疏水性

 

表面亲疏水性不仅影响膜的透水性能,对膜污染也具有重要影响。通常通过水接触角的测定对膜表面的亲疏水性进行表征; 接触角值越低,水-膜界面张力越小,表明膜表面越亲水。亲水性主要由膜表面存在的含氧官能团贡献,同时表面粗糙度也会影响接触角的测定值,可以通过Wenzel公式修正得到真实的接触角值。由于污染物与膜材料均具有一定疏水性,二者在水溶液中倾向于排斥周围的水分子而相互靠近,即发生疏水相互作用。众多研究表明,亲水性基团能够借助与水分子形成氢键在膜表面形成含水层,从而减弱污染物与膜表面之间的疏水作用。因此,亲水性强的膜受到的污染程度通常较轻。如Nabe 等研究发现,以BSA 作为代表性有机污染物时,膜通量下降程度与其表面接触角值呈正相关。使用含有羟基、磺酸基等亲水性基团的单体进行膜制备或表面改性能够显著增强膜表面的亲水性,有助于降低SA 和BSA 造成的有机污染。Kochkodan 等研究表明: 微生物细胞与膜表面的疏水作用越强,粘附现象越严重。Boussu 等比较了4 种尺寸、带电性不同的硅、铝胶体颗粒对5 种商品化纳滤膜的污染情况,各纳滤膜均带负电,但表面亲疏水性显著不同,结果发现,无论胶体颗粒的性质如何,膜表面亲疏水性都对胶体污染过程具有重要影响。同样,提高膜表面亲水性也有助于延缓膜表面CaSO4结垢的发生。污染物在膜表面的结垢机理通常包括异相成核和均相成核2种: 前者是指结垢物质先在膜表面形成微小晶核,随后通过晶核的生长和联结形成结垢层; 后者则是由于高压膜的浓缩作用,溶质在过饱和溶液中形成晶体,进而沉淀到膜表面。为了进一步独立研究膜材料表面亲疏水性对CaSO4结垢的影响,近期Huang 等制备了终端分别含有—OH、—CH3和—CF3官能团的自组装单分子层,均不带电荷且与Ca2+和SO2-4不发生特异性相互作用。利用耗散性石英晶体微天平(QCM-D) 的研究表明,较疏水表面的成核能垒较低,能够促进CaSO4的表面异相成核过程,同时也通过疏水相互作用增加主体溶液中均相成核晶体在表面上的粘附。由此可见,对于所有类型的膜污染而言,较高的膜表面亲水性都是降低膜污染影响的有利性质。

 

02膜表面荷电性

 

膜表面电荷通过引起膜与污染物之间的静电相互作用来影响膜污染过程。当膜表面与污染物带同种电荷时,通常能够通过静电排斥作用减少污染物在膜表面的粘附和沉积,从而减缓膜污染发生。由界面聚合反应制得的聚酰胺膜表面一般同时含有负电性(羧基) 和正电性(氨基) 官能团,在中性水溶液中整体带负电。除了自身含有的带电基团外,膜表面呈现的荷电性也与溶液pH、离子种类、离子强度等水质条件有关,进一步对膜污染造成影响。在中性pH 条件下,水中腐殖质、蛋白质等有机污染物大多呈负电性,因此膜表面带负电荷对降低有机污染有一定益处。同样,水中大多数细菌也带负电,但膜表面荷电性可能对细菌的初始粘附过程和后续生长阶段产生不同影响。Gottenbos 等研究表明,带负电聚合物表面能够通过静电排斥作用减缓革兰氏阴性菌的初始粘附,但无法抑制细菌附着之后的指数态生长; 相反,尽管细菌在带正电聚合物表面的初始粘附更快,但正电性表面能够通过强烈的静电吸引作用阻碍革兰氏阴性菌生长必需的伸长和分裂,从而对生物膜的形成产生一定抑制作用。Rathinam 等通过原子力显微镜( AFM) 测定了SiO2胶体与不同官能团修饰表面之间的粘附力,发现负电性、电中性、正电性表面与SiO2之间的粘附力依次增强。Tong 等将不同聚合物接枝到聚酰胺膜表面,研究各改性膜在过滤硅饱和溶液时的结垢行为。结果表明相比于表面亲水性和异相成核自由能,膜表面荷电性对硅结垢的影响最为显著。由于硅酸的聚合由负电性的硅组分主导,带正电膜表面会通过静电吸引作用促进硅垢的形成,而带负电膜表面则能够延缓硅结垢过程。然而,Steiner 等研究指出: 由于带负电表面容易积累Ca2+ 而带正电表面易吸引负电性的Ca3(PO4)2颗粒,不带电的膜表面更有利于减轻Ca3(PO4)2结垢。

 

03膜表面官能团

 

除了决定膜表面整体的亲疏水性和荷电性以及相应的疏水和静电相互作用之外,膜表面官能团也会通过与污染物产生特异性相互作用影响膜污染的发生。Mustafa 等通过在陶瓷纳滤膜表面接枝不同化学官能团研究HA 和FA 的污染行为,发现膜污染程度主要由污染物与表面官能团之间相互作用的种类和强度决定,而非膜表面亲疏水性。Contreras等利用自组装单分子层和QCM-D 技术比较了不同化学官能团( —COOH、—NH2、—CONH2、—OH等) 对SA 和BSA 的吸附能力,发现越疏水的表面吸附SA 越多,而同时含有氨基和羧基的BSA 在—COOH、—NH2和—CONH2组成的3 种亲水性表面吸附量更高。结果表明,即使膜表面和污染物整体上呈现静电排斥作用,二者局部官能团之间形成的氢键及盐桥作用仍可能导致严重的吸附现象。相比之下,—OH 是有利于减轻有机污染的理想官能团。此外,Aizenberg 等研究发现,极性官能团( 如—COOH、—OH、—SO3H 等) 比非极性官能团( 如、—CH3) 更容易导致CaCO3结晶。除了提供负电荷以外,膜表面普遍含有的羧基也容易和污染物发生特异性相互作用从而影响膜污染,尤其是进水中二价阳离子含量较高时。大量研究表明,Ca2+等二价阳离子的存在会加重溶解性有机物造成的膜污染。Jin 等从界面自由能的角度揭示了Ca2+能够在膜表面羧基与SA 分子的羧基之间形成架桥作用,从而加重SA 造成的膜污染并增加膜清洗的难度。为此,Mo 等尝试将制备传统聚酰胺膜所用的油相单体均苯三甲酰氯( TMC) 换为间苯二甲酰氯( IPC) ,制得了其他性质不变、表面羧基更少的纳滤膜,发现在Ca2+ 存在的情况下,减少膜表面羧基含量能够有效降低膜对SA 的粘附力。Yuan 等研究指出: 传统聚酰膜的羧基由于直接与苯环相连,去质子化能力较强,因此容易与Ca2+结合。当使用酸度系数更高的单体( TMDMA) 替代TMC 进行制膜时,膜表面羧基的去质子化能力以及对Ca2+ 的络合能力均减弱,从而一定程度上缓解了Ca2+的架桥作用。除此之外,羧基与Ca2+的特异性相互作用也会促进CaSO4在膜表面的异相结晶以及钙-硅酸盐络合物在膜表面的沉积,从而导致更严重的结垢污染。与羧基相比,磺酸基具有更低的酸度系数,是制备荷负电膜更为理想的表面官能团。Zhao 等通过密度泛函理论( DFT) 计算得出,水溶液中磺酸基与Ca2+的结合能力比羧基要弱。同时,磺酸基与SiO2的相互作用也较弱,能够减缓膜表面SiO2的成核及其聚集体在膜表面的沉积。Guan 等通过将聚酰胺膜表面的羧基完全替换为磺酸基,同时提高了膜对硅结垢、SA 污染以及二者复合污染的抵抗能力。除此之外,具有较低表面能的材料( 如硅树脂、含氟聚合物等) 被证明与细菌及有机物的结合力较弱,能够减少污染物的黏附并使得黏附在膜上的污染物更容易脱离。Li 等研究报道,在聚酰胺膜表面接枝全氟烃基能够有效降低膜的表面能,显著减轻腐殖酸和蛋白质所造成的膜污染。同时含有阴离子和阳离子基团的两性离子( zwitterions) 也是有利于提高膜抗污染能力的化学结构,对有机污染和结垢污染的控制均有帮助。降低生物污染一般通过减少粘附、杀灭微生物或抑制生物膜形成来实现。Baek 等研究认为,不同商品化聚酰胺膜的表面粗糙度、亲疏水性、荷电性等性质的差异对生物污染的影响有限。相比于调控膜表面的这些基本性质,引入抗菌性的官能团或纳米材料可能更为有效,包括Ag、Cu 等纳米颗粒,氧化石墨烯、MXene 等二维材料,以及抗生素等。这些材料一部分通过直接接触对细菌进行灭活,另一部分则能够持续释放杀菌剂,从而在膜表面附近形成对微生物具有抑制作用的边界层。

 

04膜表面粗糙度

 

膜表面的亲疏水性、荷电性和官能团种类决定了膜与特定污染物之间的疏水作用、静电作用和特异性相互作用,而表面粗糙度则影响污染物与膜的接触面积或位点,以及错流过滤时膜表面的水力条件。决定膜表面粗糙度的形貌特征可分为粗糙结构和规则图案两类。

 

1.表面粗糙结构

 

利用界面聚合法制得的聚酰胺膜表面通常均匀、密集地分布着纳米尺度的粗糙结构,尤其是反渗透膜表面具有典型的“脊-谷”( ridge-valley) 形貌,导致其粗糙度较高。大量研究认为,粗糙膜比光滑膜更易受到膜污染的影响: 一方面,膜表面较高的粗糙度为污染物的接触提供了更大表面积; 另一方面,粗糙表面易存在水流剪应力较小的“死区”,使得黏附或沉积到膜上的污染物难以被冲刷掉,从而加重不可逆污染。Hashino 等研究显示,膜表面粗糙度越高,SA所导致的膜污染程度越大。相比于亲疏水性、负电荷密度等化学性质,膜表面粗糙度与硅胶体污染速率的相关性最为显著。Lin 等借助QCM-D 定量化研究了CaSO4在不同聚电解质多层膜表面结晶的动力学特征,发现当表面电荷类型相同时,粗糙膜表面的CaSO4结垢现象更严重。较粗糙的膜表面也更容易导致细菌的黏附和生物膜的形成。近期,Shang 等通过传统界面聚合过程和新兴的自由界面(free-standing) 聚合技术分别制备了表面粗糙和光滑的反渗透膜用于膜污染实验,发现所有污染物(BSA、HA、SA、CaSO4、SA-Ca2+和大肠杆菌) 都对粗糙膜造成了更严重的污染。金纳米颗粒过滤和计算流体力学(CFD) 的结果表明,粗糙膜水通量的不均匀性导致其污染速率更高,同时其表面“谷”结构区域形成的涡流不够充分,使得错流条件下污染物更难从膜表面清除。除了整体的粗糙度参数以外,膜表面粗糙结构的形态、高度和间隔距离等特征也对膜污染的发生有所影响,尤其是对于结垢和无机污染。Lin 等研究表明,在表面粗糙度相同的情况下,粗糙结构的高度和间距决定了膜表面“谷”区域的几何形状,从而影响CaSO4晶体可获得的表面成核位点并限制其在该区域内的生长速率。粗糙结构的高度差越大、间距越小,胶体颗粒越容易沉积到膜表面“谷”区域,造成严重的阻塞现象与膜通量下降。膜表面形貌的周期性变化也可能导致局部污染物-膜相互作用的差异。Bowen 等利用AFM 定量化表征了NaCl 背景溶液中反渗透膜表面“脊”和“谷”结构与SiO2胶体之间的静电斥力和黏附力,发现尽管膜表面“脊”结构对胶体的静电斥力较弱,但“谷”区域对胶体的黏附力显著更强。关于膜表面形貌特征和粗糙度对膜污染的影响,也有一些不同结论。Li 等通过XDLVO 理论和DFT 计算得知,当链状污染物分子( 如SA) 的长度显著大于膜表面微观形貌的尺寸时,污染物不会依照膜表面形貌调整其分子构型,而倾向于直接附着到膜表面。因此,相比于光滑膜,粗糙膜表面与污染物的接触位点更少,能够减轻黏附性污染。Jiang 等制备了一系列粗糙度不同(0.2~80 nm) 的聚酰胺反渗透膜,发现当膜的初始通量相同时,BSA 对膜的污染速率与粗糙度无明显关系。Shang 等的研究则表明,当纳滤膜表面形貌由相对光滑变为条纹状时,更多的BSA 沉积在膜表面“谷”区域,导致膜污染程度显著增大; 而膜表面条纹形貌进一步加强时,由于凸起的条纹结构不易被污染物覆盖,膜在污染后反而能保持相对较高的水通量。

 

2.表面规则图案

 

受自然界中粗糙表面( 如贝壳、蝴蝶翅膀、鲨鱼皮) 能够有效抗生物污染的启发,近年来研究者研制了多种具有表面微观图案( patterns) 的新型纳滤膜和反渗透膜。不同于膜表面原有的由界面聚合反应自发形成的纳米级形貌,这些规整的亚微米尺度以上的表面图案对膜透水性和截留能力影响不大,但能够有效强化水力条件( 提高水流剪切应力并在图案附近产生局部湍流) ,从而有助于改善浓差极化现象并减少各类污染物在膜表面的沉积和黏附。这类膜的制备通常先是借助纳米压印或相分离- 微成型技术得到具有表面图案的微滤或超滤基膜,然后在基膜上利用界面聚合法合成选择层。如Maruf等利用纳米压印技术在商品化聚醚砜超滤膜上引入了亚微米级的线性凹槽图案,该图案不影响膜的过滤性能,但能够显著减少过滤过程中胶体硅颗粒在膜表面的沉积,减少效果与颗粒尺寸、图案高度、错流速率、水流与图案线条的角度等因素有关。该研究团队以此类超滤膜为基膜制备了聚酰胺复合( TFC) 膜,发现表面具有线型图案的TFC 膜比传统膜受CaSO4结垢污染的程度更轻。Choi 等发现: 相比于线型等简单的表面图案,类似鲨鱼皮的图案能够最大程度上使膜表面的水流情况复杂化,从而抑制生物膜的生长,显著增强膜抗生物污染的能力。除此之外,Weinman 等尝试利用热压花法直接对商品纳滤膜表面进行改造,发现无论是用平滑印版降低膜表面粗糙度,还是用线型凹槽模板制造相应的表面图案,都能够减轻SA 对膜的污染程度。Wang 等通过在聚乙烯支撑层上合成聚酰胺选择层制得了超薄、高柔韧性的PENF 膜。在过滤压力下,放置在纯水侧的格网可以起到原位压印器的作用,使膜自动形成毫米级别的表面图案。相比于其他几种商品化纳滤膜( DF30、DF90 和NF270) ,PENF 膜对有机(SA) 、无机(Al) 、结垢(CaSO4) 污染以及复合污染都有更强的抵抗力。除了通过制造微观图案来改善膜表面水力条件之外,向膜表面引入聚合物刷也是一种减轻膜污染的策略。尽管有可能增加表面粗糙度,但沉积或接枝到膜表面的聚合物刷能够通过空间排斥作用阻碍污染物的靠近,为膜表面提供一个有效屏障。同时,悬垂在水溶液中的聚合物分子链存在布朗运动,能够降低结垢物质在膜表面的结晶速率。该方法对膜污染的改善效果取决于聚合物刷的长度、密度和规则性。

 

05总结

 

膜污染是制约膜分离技术进一步推广应用的关键因素,也是膜领域的研究重点之一。在膜污染过程中,膜表面性质对污染物的黏附或沉积速率、污染层的微观结构以及污染的可逆性具有重要影响。一方面,由于污染物的多样性,特定膜表面性质对膜污染行为的影响可能不尽相同; 另一方面,由于膜表面各性质的耦合性,在实验中较难实现单一变量的严格控制,因此即便对于同种污染物,不同研究所关注的主导污染机制也可能存在差异。总体而言,提高膜表面的亲水性通常有利于各种类型膜污染的控制,而膜表面荷电性对膜污染的影响则较为复杂。膜表面带负电有助于减缓负电性胶体、细菌在膜表面的黏附以及硅结垢,但对有机污染及其他结垢物质的影响具有不确定性。污染物与膜表面的结合以及膜污染的可逆程度不仅与非特异性的疏水和静电相互作用有关,氢键、盐桥等特异性相互作用也扮演着重要角色。因此,除了膜表面整体的亲疏水性和荷电性之外,还需要关注具体官能团对膜污染的影响。在常用的聚酰胺膜中,羧基为膜表面提供了负电荷,也对膜表面亲水性有一定贡献,但羧基与Ca2+的特异性相互作用会加重有机污染以及Ca3(PO4)2和CaSO4的结垢; 而氨基的正电性容易吸引带负电的有机污染物,并且不利于硅结垢的控制。当需要制备或通过表面改性获得电中性和负电性膜时,羟基和磺酸基分别是较为理想的官能团。二者既能提高膜表面的亲水性,也能满足膜对荷电性的要求,同时能减轻Ca2+架桥作用的不利影响。膜表面粗糙度等形貌特征对膜污染的影响也具有不确定性。粗糙度的增加会产生膜与污染物接触面积增大和水力条件变化2方面影响。相比于完全光滑的表面,聚酰胺膜表面常见的纳米级粗糙结构会增大膜与细菌或有机污染物的接触面积,并且在错流过滤时产生水力条件较差的“死区”。同时,胶体、结垢晶体等物质也容易落入膜表面的“谷”区域,从而导致严重的污染物累积与过滤通量下降。而对于膜表面引入的亚微米至毫米级的规则图案而言,水流剪切应力的提高起主导作用,能够一定程度上缓解各种类型的膜污染。因此,膜表面形貌对膜污染控制的利弊取决于上述哪种影响更为显著。这与污染物与膜表面粗糙结构的相对尺寸有关,也是已有研究中针对此问题存在较大争议的主要原因。

 

06展望

 

尽管目前已获得了大量研究成果,但在膜表面性质与膜污染的相关性方面还需要进一步深入研究。一方面,为了避免膜制备过程中不同性质的耦合性变化,以及膜过滤性能差异对膜污染过程的影响,众多研究采用了自组装单分子层等模型表面来模拟具有不同官能团、荷电性及亲疏水性的膜表面,并借助AFM、QCM-D 等技术来探究不同性质的表面与污染物的相互作用以及膜污染的微界面过程。这些基于模型表面和非过滤条件得出的结论是否适用于实际膜分离过程仍有待验证。另一方面,由于附着在膜上的污染物会改变膜表面原始的物理化学性质,需要考察实验得出的有利性质在长期运行中的抗污染效果。例如,多种商品化反渗透膜( 如SW30HR) 在聚酰胺选择层上增加了聚乙烯醇(PVA) 涂层,通过提高膜表面亲水性和降低粗糙度来增强膜的抗污染能力。Lee 等研究表明,在污染初期,亲水性PVA涂层能够有效减缓生物污染,然而其优势会随着生物膜的形成逐渐被削弱。Tang 等研究也指出,在长期运行和严重的污染条件下,表面粗糙度和亲水性不同的多种聚酰胺膜受HA 污染的程度没有显著差别。由此可见,随着污染物在膜表面的积累和覆盖,膜表面亲水性、荷电性等化学性质以及纳米级粗糙结构对污染过程的影响可能逐渐减弱。相比之下,膜表面图案对水力条件的改善能够较长期稳定保持,有助于延长膜的抗污染效果。根据膜表面性质与膜污染相关性方面的研究结论,以适当的制备或改性方法优化膜表面性质是缓解膜污染的重要途径。由本文分析可知,尽可能高的表面亲水性和能够强化膜表面水力条件的规则图案是提高膜抗污染能力的有利性质,而对膜表面荷电性和官能团组成的调控则要依据进水水质和主要污染物种类而定。由于实际进水中同时存在多种类型的污染物,还需要结合复合污染的机理研究,针对多目标对膜性质进行调控,考察膜在面对复合污染时的抗污染性能。即便是针对某一特定的污染类型,膜改性工作也应兼顾不同性质的变化及其影响。如Cao 等利用氧化石墨烯( GO) 涂层对聚酰胺膜进行改性,发现膜表面亲水性的提高和负电性的增强使得CaSO4结垢过程中膜的通量下降有所减缓; 但由于GO 涂层中大量羧基与Ca2+的络合作用,CaSO4与膜表面的结合更为紧密,从而导致通量的可恢复性变差。相比于抗有机污染和生物污染,抗结垢膜的研发仍缺乏明确的指导,需要更多基础研究的开展和实际工程效果的验证。除了污染物-膜相互作用之外,与Ca2+ 相关的结垢性污染在很大程度上还受到膜对Ca2+ 截留率的影响。例如,Boo 等通过适当增大膜孔径提高了膜对Ca2+的透过率,进而显著降低了CaSO4在膜表面的结垢潜势。在设计和调控膜表面性质时还需要注意,除了影响膜污染外,膜选择层的表面性质也和微观结构( 孔径、厚度、孔隙率等) 共同决定了膜的过滤性能。提高膜表面亲水性有利于增强膜的透水能力和对小分子有机物的截留能力; 膜表面荷电性对离子等带电溶质的截留具有显著影响; 而膜表面粗糙度的增加能够通过增大有效过滤面积来提高水通量。因此,需要根据去除的污染物对象以及优先控制的膜污染类型,在满足处理目标的基础上,兼顾其对膜分离性能( 透水性、选择性) 和抗污染能力的影响。此外,除了通过改变膜表面性质增强膜的抗污染性能外,研发污染后具有自清洁能力的膜、能够再生利用的表面涂层等也是减轻膜污染影响的有效策略。同时,调控膜表面性质的作用也有一定局限性,还需要结合水质调节、运行参数优化、清洗效率提高等措施来共同保障膜分离过程的长期稳定性。

 

来源:环境工程

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