膜材料与膜工艺的最新研究进展

第29卷第4期Vol.29NO．4重庆工商大学学报(自然科学版)JChongqingTechnolBusinessUniv.(NatSciEd)2012年4月Apr．2012文章编号:1672－058X(2012)04－0080－05膜材料与膜工艺的最新研究进展*马秀巧，冉咏兰(重庆工商大学环境与生物工程学院，重庆400067)收稿日期:2011－03－11;修回日期:2011－08－18．*基金项目:重庆市教委科目(KJ060705)．作者简介:马秀巧(1984-)，女，河北石家庄人，硕士研究生，从事污水处理研究．摘要:介绍了国内外膜材料及膜工艺的进展，讨论了目前存在的主要问题，指出近期膜材料的发展不仅仅是新型材质的研发，材料表面性能研发也是一个新的研究方向，同时，膜工艺方面近年也出现了众多组合工艺，如活性碳、电渗析、反渗透等工艺与膜组件的组合工艺，大大提高了出水质量。关键词:膜材料;膜工艺;纳米技术中图分类号:X101文献标志码:A膜是21世纪新材料中的一个生长点，随着膜性能的不断提高，膜价格的不断降低，中国城市水厂的膜时代已经到来。为加大膜技术在废水处理上的推广力度，国家有关部门已将发展膜技术、膜材料列入培育新型产业的规划中。相关环保部门纷纷开展合作，共同推动膜技术在经济发达地区废水处理领域的推广;在重点流域抓好膜技术治理水污染的示范工程;建立市场激励机制，加快膜技术在水处理领域的推广。无论在污水领域还是供水领域，膜技术均已悄然掀起一场革命。1膜材料的新型研究美国BCC(商务通讯)公司认为:目前膜材料研究、开发的重点已经转移到改进膜材料的表面，而不是替换现有的基本聚合物类型或无机底物。这意味着，进展的范围不仅仅包括细致调整工程系统或改进组建设计，而且还要真正可以改进膜表面的技术。对膜性能的要求是:具有良好的成膜性、热稳定性，耐酸、碱、微生物侵蚀和耐氧化性。反渗透、超滤、微滤用膜最好为亲水性，以得到高通水量和抗污染能力。电渗析用膜则特别强调膜的耐酸、碱性和热稳定性。气体分离，特别是渗透汽化，要求膜材料对膜通过组分有优先溶解、扩散能力。若利用有机溶剂分离，还要求膜材料耐溶剂。而目前的膜材料大多通过对已有商品高分子材料筛选得到，很少有为某一分离过程而设计、合成的特定材料。要得到能同时满足以上条件的膜材料往往是困难的，常采用膜材料改性或膜表面改性的方法，使膜具有某些需要的性能［1］。1．1有机膜PVDF膜(聚偏氟乙烯膜)因其较好的化学稳定性，在水处理领域得到较为广泛的应用。Kynar公司生产的PVDF膜可用于制备半导体和制药行业中所使用的超纯水。同时PVDF膜焊缝抗冲击强度较大，清洗时具有较高抗腐蚀性，并能保持高纯度出水标准。Kynar公司投产的卡尔弗特锡蒂厂所生产的水的电阻率超过18MΩ(医药级去离子水电阻率约10MΩ，饮用水的电阻率小于1MΩ)。如果水的电阻率值下降，PVDF膜则需要复活，通常PVDF膜的复活周期为一个月［3］。POREX公司生产的管式膜模块中包含独特的膜管结构，即以PVDF膜为基板，利用复合膜的结构特征，将复合膜与PVDF膜相结合后再将PVDF膜烧结成不规则的多孔，这样就形成一个错综复杂的网络。通过复合膜和PVDF膜过滤的水经由这些多孔迅速流入膜管降低了膜内表面压力，这种独特的膜管结构如同一个开放式的细胞［2］。每个POREX管式膜器内包含多个这种膜管结构，因此这种管式膜可用于对膜通量要求较高的水处理系统，减小系统大小，同时降低系统反冲洗时的压力。复合膜与PVDF膜相结合提高了膜组件的结构强度，多孔结构提高了膜组件的过滤能力，因此POREX管式膜在膜材料应用上的主要优势在于:(1)膜/基均匀:复合膜与PVDF膜结合实现了抗腐蚀性和耐高温性的统一;(2)膜组件的抗损坏性:膜组件的表面划伤不会破坏管式膜整体结构的完整性;(3)抗高压力:降低膜内压力，提高膜组件通量，减小系统大小［3，4］。1．2纳米技术膜现在各个国家正在研究将纳米技术应用于膜材料研发中，利用纳米技术去除水中细菌及其他生物体对饮用水处理和卫生设施发展来说都是一个极其重要的研究方向。斯坦福大学研究的纳米纤维静电过滤器就是以银纳米粒子为底物，棉布和医疗器械相结合做抗菌治疗［5］。纳米纤维静电过滤器的主要的研究方向是研究制作纳米级三维架构，即利用棉纤维、银纳米线和碳纳米管的特性制成多线程的涂料，将其运用在具有导电性和高表面积的膜装置上使水中细菌高效率失活。这种三维架构将3种不同的纳米纤维成分分成3个部分，每个部分具有不同的功能。第一个组成部分是棉纤维，棉纤维之间的膜孔范围一般在数十至数百μm之间，大于细菌长度，从而有效防止机械设备在使用过程中堵塞。第二个组成部分是直径为40～100nm、长度可达10μm银纳米线。此部分的银纳米线除杀菌性能外，还可以在电