摘 要： 超濾技術作為新一代的水處理技術日趨成熟，在水處理領域發(fā)揮著重要作用，而超濾膜污染是現(xiàn)在限制超濾技術進一步應用的主要問題，對現(xiàn)有超濾膜進行改性處理是近年來的研究重點。對超濾膜的改性處理進行了介紹，并對改性處理發(fā)展方向進行了展望。

關 鍵 詞：超濾膜；膜改性；水處理

中圖分類號：TQ051.893 文獻標志碼： A 文章編號： 1004-0935（2024）08-1272-04

當今社會飛速發(fā)展，伴隨著發(fā)展而來的還有生態(tài)環(huán)境所面臨的嚴峻挑戰(zhàn)。中國的水資源匱乏，污染情況也十分嚴重[1]，與此同時人們追求更高的生活質量，對于水質的要求不斷提升，因此需要更高效的水處理技術。隨著嚴格的水質標準的出臺，傳統(tǒng)水處理方法的局限性逐漸凸顯，超濾膜技術是基于傳統(tǒng)技術的升級，可顯著提升水處理的效率和效果[2]。近年來超濾技術飛速發(fā)展[3]，超濾膜技術正在水處理領域發(fā)揮著越來越重要的作用[4]。

目前超濾膜技術所帶來的主要問題是針對溶解性小分子物質去除效果差和膜污染問題[5-7]，其中膜污染又是最主要的問題。因此，為了更好地應用超濾膜技術，解決膜污染問題刻不容緩。近年來國內(nèi)外專家針對膜污染問題進行了多方面研究，發(fā)現(xiàn)對膜進行改性處理可以有效解決膜污染問題，說明該種方法是有繼續(xù)研究價值的。

1 超濾膜技術及膜污染介紹

超濾膜技術是眾多膜處理技術中的一種，該技術利用超濾膜兩側液體的壓力差來使液體通過超濾膜[8]，從而達到對物質的過濾、分離和提純等目的，需要被去除的物質會被超濾膜截留或者吸附，也正是因為這種工作原理，超濾膜很容易受到污染。當超濾膜截留或者吸附的物質過多時會對膜的性能和處理效果產(chǎn)生很大的影響，膜也就受到了污染，為了應對不同程度的污染，可以采用不同的處理方式，然而無論怎樣處理，始終是會對膜造成影響，因此相比于在污染后進行補救，應對膜污染更好的方式應該是提高膜本身的抗污染能力，從而在處理同種等量水樣時使膜受到的污染程度盡可能降低，延長膜的使用壽命，降低整體的費用。膜改性相當于在超濾膜受到污染前進行污染防治，所以國內(nèi)外學者進行了大量有關的實驗研究。

2 膜改性技術介紹

當前所使用的超濾膜主要有醋酸纖維類膜、聚乙烯類膜、聚砜類膜和陶瓷膜等。膜的材料不同，其理化性質和性能也有很大區(qū)別，同時每種材料的膜也都存在或多或少的缺點，對這些材料的膜進行改性處理可以有效提升膜的性能，不僅可以提高出水水質，還可以降低膜的反洗頻率和更換次數(shù)，從而降低使用成本。目前常用的超濾膜改性方法有共混和接枝[9]等，還有學者用了一些其他方法來對超濾膜進行改性處理，不論什么方法，膜改性的主要原理都是通過改變膜的親疏水性和抗污染性來達到降低膜污染的目的。

2.1 共混膜改性技術

共混膜改性技術的原理是將所使用的對膜進行改性處理的物質在一定溫度下與超濾膜混合在一起，經(jīng)過一定處理后形成hSIOpdG7uG7lw5VSUSa0Gu1WlCIpXxTW0R5FIeQ97oY=一種新的膜，相當于在原本膜材料中加入了改性材料，這是近年來使用最多的膜改性方法之一。陳貴靖等[10]使用苯乙烯-馬來酸酐共聚物（SMA），通過非溶劑致相分離（NIPS）法與氯化聚氯乙烯膜（CPVC）進行共混，制備了一種新型共混膜，發(fā)現(xiàn)在凝固浴中加入適量的溶劑可以改善共混膜表面的膜孔結構和理化性質，從而提高了膜的抗污染性能。張晨等[11]以Troger base（TB）和磺化度為20%的磺化聚砜（SPSF）為共混材料，加入致孔劑，采用NIPS法制備了一種新型的SPSF/TB共混超濾膜，和原來的膜相比親水性增加、水通量增加，同時抗污染能力也得到了大幅度提高，取得了良好的效果。殷俊等[12]則是先制備了表面接枝有聚甲基丙烯酸羥乙酯鏈段的無機納米粒子（SiO2-g-PHEMA），然后將其與聚醚砜超濾膜共混在一起，制備了有機-無機復合膜，無機納米粒子的加入大幅提升了膜表面的親水性，當加入最適比例的納米顆粒時，膜的純水通量和油水通量能夠分別達到208.68L·m-2·h-1和86.86L·m-2·h-1，展現(xiàn)出極佳的性能。馮翰[13]使用物理共混改性的方法對超濾膜進行了改性處理，研究結果表明復合超濾膜的水通量是原始超濾膜的1.82倍，同時復合膜的抗污染性能較強。孟曉榮等[14]也進行了類似研究，在臭氧活化條件下合成聚乙二醇（PEG）接枝聚偏氟乙烯（PVDF）共聚物（PVDF-g-PEG），又將共聚物與PVDF膜共混制備了超濾膜，在一定范圍內(nèi)，隨著共聚物在共混膜中所占的比重增大，共混膜的孔隙率、純水通量等顯著增大，共混膜展現(xiàn)出了良好的抗蛋白質污染性能。由此可知，共混膜改性技術對于膜性能的提升很有幫助，選擇合適的共混物質能夠起到良好的效果，不過添加不同的共混物質所起到的作用不同，需要根據(jù)實際需求進行共混物的選擇。

2.2 接枝膜改性技術

膜接枝技術是膜的表面改性技術之一，其原理是通過一定方法將能夠對緩解膜污染起到積極作用的物質接枝到膜表面，從而提升膜的抗污染能力，國內(nèi)外學者進行了很多有關于膜接枝改性的研究。樊凱等[15]使用了均相共輻照法，將聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）接枝到聚醚砜（PES）的分子鏈上，制備了改性的超濾膜材料，用該改性材料制備了PES-g-PVP 改性濾膜，與未改性處理的膜相比，改性膜的親水性和抗污染性都得到了很好的提升。WAN等[16]通過聚合反應將羧酸甜菜堿甲基丙烯酸甲酯接枝到了聚砜膜上，結果表明，在接枝了這種兩親性聚合物后，受污染的改性膜經(jīng)過清洗后其膜通量恢復程度大幅提高，取得了良好的效果。侯淑華等[17]利用 1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳酰二亞胺/N-羥基琥珀酰亞胺（EDC/NHS）方法將堿性氨基酸賴氨酸（Lys）、精氨酸（Arg）、組氨酸（His）接枝到自制的超濾膜表面，結果表明接枝的氨基酸使得水通量增加，也使膜擁有了更加良好的抗污染性能。

彭輝等[18]以紫外光引發(fā)的巰基-炔基綠色點擊化學反應接枝聚合制備改性聚偏氟乙烯復合超濾膜，結果表明進行接枝后的膜水接觸角下降了25°左右，水通量提升明顯。類似于此的關于超濾膜接枝改性的實驗研究還有很多，總體來看對于膜的提升有很好的效果，不過每位學者所使用的接枝物都不同，尚未發(fā)現(xiàn)有穩(wěn)定的、易于生產(chǎn)的、成本低其適用范圍廣的接枝物。

2.3 等離子體改性技術

等離子體改性技術也是改進超濾膜性能的重要方法之一，該技術可以明顯提高超濾膜的親水性和抗污染性能，延長超濾膜的使用性能，從而降低超濾膜的使用成本。有學者的研究成果表明，超濾膜經(jīng)過等離子體的改性處理以后，親水性得到了明顯改善，同時抗污染性能也得到了明顯的提高[19-20]。張麗巧等[21]采用低溫氨等離子體對聚丙烯腈超濾膜進行了改性研究，結果表明經(jīng)過改性的超濾膜水接觸角明顯降低，超濾膜的水通量得到明顯提升，對牛血清蛋白的截留率也明顯提高。李茹等[22]利用遠程氬等離子體對聚偏氟乙烯超濾膜進行了改性處理研究，超濾膜經(jīng)過改性后其表面的含氧、含氮基團比例升高，因此親水性得到明顯提高，模的拉伸強度也明顯增強，使用經(jīng)過改性處理后的膜對海藻酸鈉進行處理，發(fā)現(xiàn)膜對海藻酸鈉的去除率明顯增高且膜的污染程度明顯降低。樊琰等[23]使用NH3等離子體對PAN超濾膜進行了改性處理研究，結果表明PAN超濾膜的純水通量、對BAS的截留率均明顯增大，這種改性處理方法能夠有效提高超濾膜的親水性和抗污染能力。

2.4 一些其他的膜改性技術

隨著對于改性膜的研究越來越深入，也出現(xiàn)了一些除了共混、接枝等技術以外的其他改性技術。黃小川等[24]使用原位植入的方法對聚砜超濾膜表面進行了改性處理，將TiO2納米顆粒植入超濾膜表面，通過調(diào)節(jié)pH及TiO2濃度制備出不同TiO2覆蓋率的改性聚砜超濾膜，結果發(fā)現(xiàn)TiO2的植入可以很好地提高膜的親水性，還能有效提升膜的抗生物污染能力。董丹等[25]將多壁碳納米管（MWCNTs）預涂覆在聚偏氟乙烯（PVDF）平板超濾膜上對膜進行改性處理，并用改性膜進行了處理腐殖酸的實驗研究，結果表明預涂覆的改性方法要比進行吸附膜前預處理的污染緩解作用更好。李韶華等[26]在綜述兩性離子改進超濾膜抗污染性能的研究進展中也指出，可以使用涂層法對超濾膜進行改性處理，經(jīng)過涂層法改性處理的超濾膜性能得到很大的提升。劉立言等[27]以氧化石墨烯-二氧化鈦（GOT）作為親水性改性劑，用動態(tài)過濾法對PVDF膜進行了改性處理，通過對腐殖酸、磺胺嘧啶為代表的污染物的去除實驗，表明膜經(jīng)過改性后能夠較好地控制膜污染問題。武凌輝等[28]則采用了一種靜電紡絲工藝加溶液處理方法制備了PVA/PVDF 納米纖維復合超濾膜，在最佳的實驗條件下復合膜進行了多次使用仍然具有良好的過濾性能，說明膜的抗污染能力是很好的。張越華[29]基于多巴胺自聚合的兩步改性法制備了復合膜，結果表明復合膜的水接觸角由71°降至35°，且膜的親水性和水通量提高明顯。侯冰倩等[30]利用群體感應抑制劑香蘭素對聚丙烯腈超濾膜進行改性，制備具有抗生物污染性能的水處理膜。結果表明，香蘭素改性膜可減少15.6%的水通量下降，膜表面生物膜胞外聚合物質量分數(shù)減少15.9%，抗生物污染性能有效提高。總體來說，更多的改性技術的出現(xiàn)有助于超濾膜技術的發(fā)展。

3 總結與展望

超濾膜技術及超濾膜在越來越多的行業(yè)和領域中得到運用，隨著各方面要求的不斷提高，超濾技術需要不斷發(fā)展。作為目前解決膜污染的重點探究方向之一，超濾膜改性技術也一定會不斷發(fā)展完善。一方面，改性的技術種類會越來越多；另一方面，現(xiàn)有技術也會朝著更加高效、更加綠色的方向發(fā)展。在提高膜的質量和性能的同時，在改性的過程中所產(chǎn)生的消耗也要盡可能減少。總之，在科技飛速發(fā)展的現(xiàn)在，超濾膜有關的技術也會飛速發(fā)展，超濾技術也會發(fā)揮更加重要的作用。

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