AFM對(duì)水中Fe3+與有機(jī)污染物共存時(shí)的膜污染機(jī)制的評(píng)價(jià)研究.pdf

1、超濾作為十分重要的膜分離技術(shù)之一，成為當(dāng)下解決環(huán)境資源問(wèn)題的重要技術(shù)手段，也在近年來(lái)得到更多關(guān)注。生活污水中主要含有多糖、蛋白質(zhì)、核酸、腐殖酸、有機(jī)酸和其他細(xì)胞組分。配水實(shí)驗(yàn)中常用由1,4-聚-?-D-甘露糖醛酸，和α-L-古羅糖醛酸兩種物質(zhì)所組成的一種呈線型結(jié)構(gòu)的聚合物海藻酸鈉（SA）代表多糖類物質(zhì)，由包含607個(gè)氨基酸殘基的牛血清蛋白（BSA）代表蛋白質(zhì)類物質(zhì)，并由基本結(jié)構(gòu)是芳環(huán)和脂環(huán)，環(huán)上連有羧基、羥基、羰基、醌基、甲氧基等主要官

2、能團(tuán)的腐殖酸（HA）代表核酸類物質(zhì)。
　　Fe3+作為工業(yè)廢水中含量相對(duì)較高的金屬離子，也作為應(yīng)用于處理工業(yè)廢水研究中較為常見(jiàn)的絮凝劑，因此本實(shí)驗(yàn)選定 Fe3+作為主要研究的金屬離子。
　　相關(guān)研究針對(duì)水中 Fe2+、Fe3+分別與 HA共存時(shí)的膜污染機(jī)理實(shí)驗(yàn)結(jié)果較為明顯。因此本實(shí)驗(yàn)的主要研究對(duì)象是污水當(dāng)中的金屬元素 Fe3+與有機(jī)物 BSA、SA及其二者混合物在不同濃度及不同 pH條件下共存時(shí)的膜污染行為，利用原子力顯微鏡

3、（AFM）及實(shí)驗(yàn)室自制 AFM探針和親水改性超濾膜，從原子力形貌及微觀作用力的角度分析超濾膜中 Fe3+與有機(jī)污染物共存時(shí)的膜污染行為，以及污染機(jī)制的評(píng)價(jià)研究，為超濾膜技術(shù)在水資源再生過(guò)程中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。所得主要結(jié)論如下：
　?。?）實(shí)驗(yàn)表明，F(xiàn)e3+與BSA共存時(shí)，隨著溶液pH的增大，造成膜污染的主導(dǎo)原因是 BSA與Fe3+之間存在靜電相互作用從而形成膠體態(tài)物質(zhì)，呈現(xiàn)出先加重再減輕的趨勢(shì)。具體結(jié)論如下：①在相同pH值和BS

4、A濃度條件下，隨著溶液中FeCl3濃度的增大，污染物對(duì)膜表面的污染逐漸加重，并在FeCl3濃度達(dá)到20 mg/l時(shí)，通量衰減最大，膜污染最為嚴(yán)重，金屬離子與BSA之間的相互作用力達(dá)到最大；而后則隨著FeCl3濃度的增大，這種作用逐漸減小。②在相同pH值和FeCl3濃度條件下，當(dāng)BSA濃度為20 mg/l通量衰減最大，膜污染最為嚴(yán)重，金屬離子與BSA之間的靜電作用也最大。③而在相同BSA濃度和FeCl3濃度，不同pH值的條件下，當(dāng)混合溶液

5、的pH為7時(shí)，對(duì)膜表面產(chǎn)生較為嚴(yán)重的污染。造成較為嚴(yán)重的污染不但是由于相互之間的化學(xué)作用，而且隨著溶液pH值的升高，其中氫氧化物等的物理沉積作用也對(duì)加重膜污染產(chǎn)生了較為嚴(yán)重的影響。蛋白質(zhì)聚合誘導(dǎo)金屬離子和蛋白質(zhì)—金屬膠體相互作用從而加重膜污染，并在pH=7時(shí)會(huì)對(duì)膜表面造成最大污染。
　?。?）在海藻酸鈉溶液中添加Fe3+后，隨著溶液 pH的增大，SA對(duì)金屬鐵離子的吸附是造成膜污染的主要原因。具體結(jié)論如下：①在相同pH值和SA濃度條

6、件下，隨著溶液中FeCl3濃度的增大，污染物對(duì)膜表面的污染逐漸加重，并在 FeCl3濃度達(dá)到30 mg/l時(shí)，通量衰減最大，膜污染最為嚴(yán)重，金屬離子與SA之間的相互作用力達(dá)到最大；②在相同pH值和FeCl3濃度條件下，當(dāng) SA濃度為30 mg/l通量衰減最大，膜污染最為嚴(yán)重，金屬離子與SA之間的靜電作用也最大；③而在相同SA濃度和FeCl3濃度，不同pH值的條件下，當(dāng)混合溶液的pH為7時(shí)，對(duì)膜表面產(chǎn)生較為嚴(yán)重的污染。造成較為嚴(yán)重的污染不

7、但是由于相互之間的化學(xué)作用，而且隨著溶液pH值的升高，其中氫氧化物等的物理沉積作用也對(duì)加重膜污染產(chǎn)生了較為嚴(yán)重的影響。海藻酸鈉（SA）對(duì)金屬離子的吸附是造成膜污染的主要原因，并在pH=7時(shí)會(huì)對(duì)膜表面造成最大污染。
　?。?）在BSA和SA的混合溶液中添加Fe3+后，由于BSA與SA之間會(huì)發(fā)生絡(luò)合，因此加入Fe3+后，具體結(jié)論如下：①在相同pH值和SA/BSA濃度條件下，隨著溶液中FeCl3濃度的增大，污染物對(duì)膜表面的污染逐漸加重，

8、并在FeCl3濃度達(dá)到30 mg/l時(shí)，通量衰減最大，膜污染最為嚴(yán)重，金屬離子與BSA之間的相互作用力達(dá)到最大；②在相同pH值和FeCl3濃度條件下，當(dāng)SA/BSA濃度分別為15 mg/l時(shí)的通量衰減最大，膜污染最為嚴(yán)重，金屬離子與BSA之間的靜電作用也最大；③而在相同SA/BSA濃度和FeCl3濃度，不同pH值的條件下，當(dāng)混合溶液的pH為9時(shí)，對(duì)膜表面產(chǎn)生較為嚴(yán)重的污染。造成較為嚴(yán)重的污染不但是由于BSA和SA形成可溶性絡(luò)合物，而且隨