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膜分离技术由于有分离效果好、占地面积小等诸多优点,被广泛应用到饮用水处理、污水处理与回收领域,但其在应用过程中受到膜污染的限制,即过滤过程中的污染物沉积到膜表面或吸附于膜孔中,造成通量下降、跨膜压力升高、频繁清洗等问题。膜污染能通过预处理、调节运行工况和膜改性的方式得到缓解,其中膜改性是改善膜本身的性质来提高膜的抗污染能力。近年来,有多种功能性纳米材料用于膜改性,其中氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)及其功能化产物因为具有单原子厚度、高比表面积、超高的亲水性而被认为是理想的膜改性材料。GO可通过压力过滤、真空抽滤等方式逐层堆叠,在片层间形成水流通道,从而实现有效分离有机物、离子等。然而GO涂覆后会极大地降低膜通量,本课题对GO进行刻孔处理,制备出多孔氧化石墨烯(Holey graphene oxide,HGO)作为超滤膜的改性材料,通过基于多巴胺自聚合的两步改性法制备复合膜。采用多种表征方法对复合膜的形貌、物化特性、除污染能力和膜污染控制机理等方面进行研究。首先,对底膜进行多巴胺涂覆,增大膜表面黏附力,然后将HGO涂覆到超滤膜表面制备HGO复合膜。对比了涂覆前后膜的形貌、表面性质、通量、污染控制能力的差异。结果表明HGO复合膜表面在低浓度涂覆时致密均匀,高浓度涂覆时产生较多褶皱。由于HGO具有多孔、片状、亲水的特性,膜的亲水性得到明显增强,并且降低了涂层带来的水分子传质阻力,所以膜通量的损失较少。HGO涂层对天然有机污染物(Natural organic matter,NOM),如腐殖酸(Humic acid,HA)、牛血清蛋白(Bovine serum albumin,BSA)、海藻酸钠(Sodium alginate,SA)的截留率分别从56%、51%、30%提升至88%、62%、60%。其次,对涂覆改性方法进行优化,研究了HGO添加量与复合膜的通量、亲水性、选择性之间的关系,获得最优的膜改性添加量。结果表明由于HGO富含羟基、羧基的特性,复合膜表面的亲水性显著提高,在最佳涂覆量0.04 g/m~2的情况下,接触角从71°降低至35°。纯水通量达52 L/m~2h?bar,高出同类型GO复合膜数倍,说明HGO多孔的特性有助于提高膜通量,降低传统GO片状材料堆叠产生的阻力。HGO对NOM的去除率随HGO添加量增加而升高,但当涂覆量大于0.04 g/m~2,对HA、BSA去除率由92%、83%下降至80%、75%。最后,以HA作为模型污染物,分析了一系列HGO复合膜的膜污染阻力分布,解释了HGO对减缓聚醚砜(PES)膜有机污染的作用。研究表明HGO涂覆可提高膜对HA的去除效果,还可以缓解HA引起的膜污染。总膜污染阻力比阻随HGO涂覆量增加,由3.45降低至1.74,不可逆污染降低了62.86%-95.83%,复合膜通量恢复率逐步提高,最高达96.04%。解释了膜污染缓解的机理:HGO携带的羟基和羧基赋予膜亲水性,降低了HA与膜表面的疏水吸附作用,通过水力反冲洗就能有效去除使黏附在HGO表层的污染物;HGO层截留了HA污染,复合膜污染以标准堵塞为主,且增加HGO涂覆量能延缓膜污染向滤饼层转化的过程。