带间隔臂的荷负电超滤膜的制备及其对水中天然有机物（NOM）去除行为的研究

针对NOM去除这一水处理界亟待解决的问题，受色谱技术的间隔臂概念的启发，结合申请人前期关于荷电超滤膜去除NOM的研究，提出带间隔臂的荷负电超滤膜概念，并设计、制备、研究该膜对NOM的去除行为。以再生纤维素为基膜，选择合适的荷负电改性剂和有效的化学反应，制备不同间隔臂、荷电基团特性的超滤膜；考察膜特性参数对NOM去除行为的影响，利用TOF-SIMS等现代分析技术表征膜，揭示膜特性和分离性能间关系；从膜与NOM之间的静电相互作用、空间位阻和亲疏水作用的角度，结合膜、NOM及污染物特性，阐明NOM去除和膜污染机理，并建立污染模型；同时探讨膜的稳定性及NOM特性、水质环境对NOM去除行为的影响。研究结果将确立如何通过间隔臂和荷电基团各特性参数的优化来有效提高NOM的去除和控制膜污染，为荷电超滤膜技术的进一步研究提供理论基础，对面向NOM去除过程提供理论指导和实践依据，对保障人民健康有着重要的意义。

本研究通过特定的化学反应对不同截留分子量的再生纤维素（RC）超滤膜进行改性，获得了一系列间隔臂长度不同、荷电基团不同的荷负电超滤膜，并对膜的各特性参数,如膜的Zeta电位、水透过系数、亲疏水性、膜阻力、荷电基团接枝情况和膜孔径分布,进行了表征。研究分析了天然有机物（NOM）的分子量分布、亲疏水性等特性，分别考察了截留分子量、间隔臂长度、荷电基团种类等RC膜特性和NOM的不同组分对其去除效果和膜污染情况的影响，阐明了NOM去除和膜污染机理，并进行了膜阻力的分析。此外，还考察了水质环境（pH值、离子强度和钙离子浓度等）对NOM去除行为的影响。主要结论如下：.（1）由于荷负电超滤膜与NOM之间的静电排斥作用，荷负电改性膜较未改性近中性膜可以更有效地去除NOM，同时减轻膜污染。截留分子量、间隔臂长度和荷电基团种类等膜特性参数对带间隔臂的荷负电超滤膜对NOM的去除和膜污染都有较大影响。相对于间隔臂长度小的改性膜，间隔臂长度较大的膜对NOM的去除更有效，同时膜污染更轻。此外，强酸基团（磺酸基团）改性的荷负电超滤膜比弱酸基团（羧酸基团）改性的超滤膜对NOM的去除率更高，膜污染也较轻。.（2）水质环境对带间隔臂的荷负电超滤膜对NOM的去除和膜污染都有较大影响。在去除NOM的超滤实验中，pH值的变化对改性膜去除NOM行为的影响要大于未改性膜。并且，间隔臂较大的改性膜通量下降更大，对NOM的去除降低的更多。此外，离子强度越大，膜通量下降量也越多，对NOM的截留率也不断减小。钙离子浓度的影响需要综合考虑静电屏蔽作用、钙离子的架桥作用以及滤饼层的压实性等的影响。.在带间隔臂的荷负电超滤膜能有效去除NOM和减轻膜污染的研究基础上，我们进一步研究了带间隔臂的荷负电超滤膜对荷负电的染料小分子的去除，以及天然有机物与重金属共存时的同时去除。目前的研究结果表明，带间隔臂的荷负电超滤膜同样能有效应用于荷负电的染料小分子的去除，以及同时去除天然有机物和重金属。这方面的研究有效拓宽了带间隔臂的荷负电超滤膜的应用领域。.总之，本课题的研究结果揭示了如何通过间隔臂和荷电基团各特性参数和水质环境条件的优化来有效提高NOM和其它荷电小分子的去除和控制膜污染，为荷电超滤膜技术的进一步研究提供了理论基础，对面向NOM和其它荷电分子的去除过程提供了理论指导和实践依据，对保障水的安全和人民健康有着重要的意义。