據(jù)膜科學(xué)與工程微信公眾平臺(tái)2019年4月19日訊 膜分離技術(shù)雖然具有綠色高效等優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，溶質(zhì)會(huì)不可避免的聚集/吸附在膜面或膜孔內(nèi)，即形成膜污染。傳統(tǒng)理論認(rèn)為，膜污染（如濾餅層或孔內(nèi)污染）會(huì)導(dǎo)致膜的傳質(zhì)阻力增大，在恒通量條件下膜對(duì)溶質(zhì)的截留率會(huì)上升。但近期中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所萬(wàn)印華研究員團(tuán)隊(duì)在研究水中多環(huán)芳烴（PAHs）對(duì)聚酰胺納濾膜的污染機(jī)理時(shí)發(fā)現(xiàn)，膜污染雖然會(huì)導(dǎo)致納濾膜滲透通量下降，但其在恒通量操作下對(duì)中性親水小分子的截留率卻保持不變。
PAHs是一種由多個(gè)苯環(huán)組成的有機(jī)微污染物，具有強(qiáng)烈的致畸和致癌性，主要來(lái)源于各種碳材料（化石燃料和生物質(zhì)等）的不完全燃燒。各類(lèi)工業(yè)廢水（主要是焦化廢水）中都含有大量的PAHs。由于納濾膜可高效截留小分子有機(jī)物，通常作為廢水處理的終端步驟，因此解析PAHs對(duì)納濾膜的污染機(jī)理，對(duì)含PAHs廢水的處理具有重要的指導(dǎo)意義。焦化廢水中存在的PAHs主要包括萘及萘的甲基化衍生物，以及由三到五個(gè)苯環(huán)組成的PAHs，它們的分子量一般都低于500 Da?；诖耍芯咳藛T選擇了五種商品化聚酰胺納濾膜，研究了它們?cè)谔幚砗琍AHs模擬料液和真實(shí)焦化廢水過(guò)程中的截留和污染機(jī)理。萘，6-甲氧基-1,2,3,4-四氫萘和芘（包含四個(gè)苯環(huán)）被選為模型污染物。
該研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)聚酰胺納濾膜對(duì)PAHs有很強(qiáng)的吸附能力，過(guò)濾初期，PAHs在納濾膜上吸附是其主要截留機(jī)理。但由于溶解-擴(kuò)散作用，被膜吸附的PAHs會(huì)逐漸擴(kuò)散解吸透過(guò)膜，導(dǎo)致其表觀(guān)截留率下降。分子排阻作用是納濾膜去除PAHs的另一重要機(jī)理，PAHs分子量越大，極性越弱，在膜上吸附量越低，膜對(duì)其分子排阻作用越強(qiáng)。然而，雖然PAHs吸附會(huì)造成膜滲透通量和孔隙率下降，但并不一定導(dǎo)致納濾膜的平均孔徑變小和對(duì)中性小分子截留率變大。通過(guò)分析納濾膜處理PAHs前后的孔徑分布，發(fā)現(xiàn)對(duì)孔徑較小且孔徑分布較窄的膜（如NF270），PAHs會(huì)無(wú)差別的吸附在幾乎所有膜孔中。雖然這種無(wú)差別吸附會(huì)造成膜孔堵塞，但膜的孔徑分布和平均孔徑卻基本不變。對(duì)于孔徑較大且孔徑分布較寬的膜（如NF10），PAHs主要吸附在納濾膜的大孔中（擴(kuò)散阻力低，局部通量高），產(chǎn)生縮孔效應(yīng)導(dǎo)致其孔徑分布變窄和平均孔徑變小。但由于該納濾膜在吸附PAHs后的孔徑仍遠(yuǎn)大于一些親水中性小分子的水合半徑（葡萄糖和丙三醇等），所以PAHs吸附基本不會(huì)影響納濾膜對(duì)它們的截留能力。
當(dāng)用納濾膜處理含PAHs的真實(shí)焦化廢水時(shí)，廢水中包含的無(wú)機(jī)鹽及其它有機(jī)物會(huì)導(dǎo)致更嚴(yán)重的膜污染現(xiàn)象，膜通量大幅衰減，但PAHs的截留率在膜污染到一定程度時(shí)有略微上升。通過(guò)簡(jiǎn)單的化學(xué)清洗，基本可清除吸附在膜上/內(nèi)的PAHs，但清洗液中的PAHs仍會(huì)造成二次污染。
該研究得到水污染控制與治理重大科技計(jì)劃 (2017ZX07402001-004)、中國(guó)科學(xué)院青年促進(jìn)創(chuàng)新計(jì)劃(2017069)的資金支持。相關(guān)研究成果發(fā)表在Journal of Membrane Science, 582, 2019 ,264-273。
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