水质条件对膜-羧基官能团之间微观作用力的影响特征

中国环境科学2015,35(5)：1403~1409ChinaEnvironmentalScience水质条件对膜-羧基官能团之间微观作用力的影响特征王磊*,田莉,苗瑞,王旭东,吕永涛(西安建筑科技大学环境与市政工程学院,陕西西安710055)摘要：为了探讨pH值、离子强度及膜材料对膜-污染物间相互作用力的影响特征,利用自制的典型膜污染物羧基官能团胶体探针,结合原子力显微镜定量考察了羧基官能团与PVDF及EVOH超滤膜间的相互作用力随pH值及离子强度的变化特征.结果表明:带有羧基基体的污染物与PVDF及EVOH超滤膜之间的相互作用力皆随着pH值的增大而减小;但是上述作用力随着离子强度的增加呈现特殊的变化趋势:在离子强度为0~10mmol/L时,膜-带有羧基基体的污染物之间相互作用力随着离子强度的增加而增大;在离子强度为10~500mmol/L时,膜-羧基之间相互作用力随着离子强度的增大而减小.在特定的水质条件下,EVOH-羧基间的作用力远小于PVDF-羧基之间的作用力.关键词：膜污染；胶体探针；相互作用力；膜材料；水质条件中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：1000-6923(2015)05-1403-07Influenceofsolutionchemistryontheinteractionforcesbetweenmembranesandcarboxylgroups.WANGLei*,TIANLi,MIAORui,WANGXu-dong,LÜYong-tao(EnvironmentalandMunicipalEngineering,Xi’anUniversityofArchitectureandTechnology,Xi’an710055,China).ChinaEnvironmentalScience,2015,35(5)：1403~1409Abstract：TofurtherclarifytheeffectsofpHandionicstrengthontheinteractionforcesbetweentypicalmembranematerialsandthecarboxylgroup,whichisatypicalfunctionalgroupofmembranefoulants,theinteractionforcesbetweenthePVDForEVOHmembraneandcarboxylgroupweremeasuredbyatomicforcemicroscopyinconjunctionwithaself-madecarboxylcolloidalprobe.ResultsshowthatthePVDF-carboxylandEVOH-carboxyladhesionforcesweakenedwithincreasingpH,whereastheyfirstlyincreasedandthendecreasedwithanincreaseinionicstrength.Theinteractionforcesbetweenmembranesandcarboxylgroupsincreasedwithanincreaseatlowionicstrength(0~10mmol/L).However,theforcesdecreasedwithanincreaseathighionicstrength(10~500mmol/L).Moreover,thePVDF-carboxyladhesionforcewasmuchstrongerthantheEVOH-carboxylinteractionforceforgivensolutionconditions.Keywords：membranefouling；colloidalprobe；interactionforces；membranematerials；solutionchemistry随着超滤技术在水处理领域的日益推广应用,缓减水中的溶解性有机物引起的膜污染问题受到普遍关注[1-3].最近膜污染研究者发现,在超滤膜运行过程中,运行初期膜-污染物之间的作用力是决定膜污染的主导因素[4-6].因此揭示膜-污染物之间的相互作用机理对运行初期膜污染行为的预防控制及膜材料、预处理技术的选择至关重要.研究表明,常见的水质条件pH值及离子强度和膜材料性能是影响超滤膜污染行为的重要因素[7-9],以往研究主要从宏观的膜过滤试验现象得出对膜污染行为的影响规律,而针对不同水质条件下或不同膜材料,定量测定膜-污染物之间作用力变化特征,揭示水质条件和膜材料性能对膜-污染物间作用力的影响机理的研究尚鲜有报导.1998年,Bowen等[10]首次使用AFM结合聚合物探