摘要： 报导了用相转化法(sol-gel)制备的聚砜--Al2O3复合膜，它是将Al2 O3 微粒填充到聚砜中制成的。对该复合膜的机械性能、超滤性能、扫描电镜(SEM)、亲水性和孔隙率进行了测试，并分析 了分散剂和制膜工艺对复合膜性能的影响 。试验发现该复合膜对含油水具有很好的处理效果。
关键词： 复合膜 相转化法 聚砜 Al2 O3 超滤 亲水
城市和工业 生产排放的含油污水经常规处理后远不能达到农田灌溉要求(＜10 mg/L)，需经深度处理后才能将含油污水中油粒径在100 μm以下的油分除掉，膜分离法则是对含油污水进行深度处理的可行而有效的方法 。膜分离法处理含油污水时，膜易受油质的污染，膜表面生成油层，甚至还会造成膜孔的堵塞。目前 处理含油污水的膜有有机膜和无机膜［1～3］ 。有机膜制备工艺简单，膜材料品种多，容易改性，柔韧性好，价格便宜，可制成各种形式的膜组件；但有机膜具有不耐高温，pH值适用范围窄，孔径分布宽，机械强度低，渗透率低，容易水解等缺点。随着材料科学 的发展 ，近几十年来无机膜作为一项高新技术而发展起来。无机膜具有耐高温、强酸、强碱、有机溶剂和耐微生物侵蚀、机械强度高、孔径分布窄等优点，但也存在着制膜工艺复杂(锻烧)、膜的重现性差、制备小孔径膜困难、质脆柔韧性差、成本高、制成的组件装配困难等缺点。复合膜的研究 和应用 是目前膜分离领域的热点［4～6］ ，本文研究了把亲水的无机陶瓷细粉材料(Al2 O3 )掺杂到聚砜中制成复合膜，这种复合膜的制备工艺与有机膜相同(Sol-gel)，工艺简单、操作方便，并且具有有机膜和无机膜的共同优点。这种复合膜可以制备在各种载体上，可以制成各种形式的膜组件。无机陶瓷材料的加入，可以使复合膜的性能与陶瓷膜几乎一样，同时避免了陶瓷膜质脆的缺点。
1 制备工艺与材料
1.1 原料及试剂 1.2 复合膜制备工艺 2 H5 OH水溶液)至凝胶固化成膜。1.3 膜性能测试 ① 机械柔韧性能：将1 cm长的复合膜进行弯曲。超滤 性能：料液采用华北油田砂滤后水样(含油64.0 mg/L，悬浮物含量为32.1 mg/L，油粒径为25.4 μm，水温为室温)。 试验装置采用平板膜超滤 装置，油含量采用紫外分光光度计(岛津UV--260)测试。W )，平均膜厚度为d，在离心机作用下，除去水后称重(Wd )，水的体积质量为dm ，膜的孔隙率Pr 按下式计算 ：r ＝(WW -Wd )/(S·d·dm )×100%
2 结果与讨论
2.1 γ-Al2 O3 的填充对复合膜性能的影响 2 O3 复合膜具有和有机聚合膜相似的柔韧性，这也是该复合膜比陶瓷优越的地方之一。此次制备的psf与Al2 O3 不同质量配比的膜在任何长度下均可弯曲成360°，因此可制备成各种形式的膜组件。2 O3 复合膜的SEM微观扫描可见，psf/Al2 O3 复合膜由于掺杂Al2 O3 微粒而表面略显粗糙，膜表面的孔隙率较大但分布均匀，其断面具有典型不对称的三层结构，Al2 O3 颗粒均匀分布于整个膜中，处于孔壁表面和膜表面层上。Al2 O3 与聚膜之间存在着中间过渡相，通过这个中间过渡相使它们牢固地结合在一起。在复合膜的表面上具有很多亲水的Al2 O3 颗粒，具有很强的亲水性，弥补了性能优良的聚砜膜憎水的缺陷。psf/Al2 O3 复合膜在油水分离时，促进了水在膜表面和膜内的传递。超滤 性能2 O3 复合膜的水通量随时间的衰减较小，而聚砜膜的水通量衰减较显著。水通量衰减的原因一方面是油污染了膜面，另一方面与膜的孔隙率有关。psf/Al2 O3 复合膜的抗污能力强，得益于Al2 O3 的亲水性能，减少了污染，促进了水的传递，另一方面是由于复合膜孔隙率的增长。
psf/Al2 O3 复合膜中psf与Al2 O3 的质量比不同，膜的超滤 性能也不同，质量比为10∶5时膜的水通量最大，抗污染性能最好。膜的亲水性能好坏也可由接触角数据看出(见表1)。复合膜的接触角均比psf膜的接触角小，亲水性均比psf膜强。
表１ 各种膜的接触角 psf/Al2 O3
10:10
10:7
10:5
10:2
psf
接触角
43°
39°
32°
36°
108°
2.1.4 膜的孔隙率r )小于psf/Al2 O3 复合膜，不同质量比的psf/Al2 O3 复合膜，其孔隙率也不同。psf膜的孔隙率为41%，psf/Al2 O3 复合膜的孔隙率最大为81.3%，说明Al2 O3 的掺入提高了复合膜的孔隙率。2.2 分散剂的影响 2 O3 粉末之间的聚集结团，加入的Al2 O3 应充分分散，因此采用阴离子表面活性剂作为分散剂。加入分散剂可以使Al2 O3 颗粒稳定地分散悬浮在胶液中，通过试验发现分散剂的加入量最佳值为溶剂加入量的1%，加入太少不能充分起到分散的作用，加入太多会造成浪费。2.3 成膜工艺的影响 s。 2.3.2 浸渍液对膜性能的影响2 H5 OH水溶液中制备的膜，因此浸渍液用10%C2 H5 OH水溶液为好。2.4 复合膜对含油废水处理的应用试验 2 O3 复合膜对华北油田北大站外排水砂滤后水样进行了超滤 ，水样分析结果列于表2中。
表2 水样分析结果（操作压力 p=0.1MPa）
油含量
悬浮物含量
油粒径
原水
64.0
32.1
25.4
psf膜
0.5
0.263
0.0960
psf/Al2 O3=10:2
0.48
0.113
0.0802
psf/Al2 O3=10:5
0.47
0.110
0.0842
psf/Al2 O3=10:7
0.47
0.109
0.0914
psf/Al2 O3=10:10
0.46
0.113
0.0802
由水样结果看出，超滤 后的水中油含量均小于0.5 mg/L，完全符合农田灌溉和回注水的要求，对油的截留率皆在99%以上，说明所研制的复合膜对含油污水中的分散油、乳化油和溶解油具有很好的去除作用。使用一段时间后的膜被污染，必须进行清洗后才能恢复膜的水通量。由于油污组分复杂，清洗时先用3%的NaOH溶液清洗，用清水清洗后的膜再用3%的HCl清洗，洗涤时间均为30 min，然后再用清水冲洗至中性，测试膜清洗前后的水通量，每种膜分别连续重复6次，结果见表3。
表3 psf/Al2 O3 复合膜清洗后水通量的恢复率 清洗次数
1
2
3
4
5
6
psf/Al2 O3
恢复率(%)
10:2
98.9
97.4
94.1
90.8
87.3
84.8
10:5
99.1
97.4
94.3
91.6
87.9
85.0
10:7
99.0
97.5
95.6
92.3
88.7
85.3
10:10
98.9
96.7
95.3
92.1
88.7
85.1
psf/Al2 O3 复合膜清洗后水通量恢复率较高，经6次清洗，水通量仍然能恢复至初始的85%左右，说明此膜可循环使用，寿命较长。
3 结论
① psf/Al2 O3 复合膜的柔韧性很好，可任意弯曲360°。2 O3 复合膜孔隙率最高可达81.3%，psf与Al2 O3 的最佳质量比为10∶5。2 O3 颗粒在复合膜中均匀分布，使膜具有很强的亲水性。2 O3 复合膜具有较高的水通量，最高可达124.4 L/(m2 ·h)(0.1 MPa)。2 O3 充分分散，阴离子表面活性剂加入量最佳值为溶剂质量的1%。2 H5 OH水溶液。
参考 文献 ：超滤 膜处理油田含油污水［J］.环境化学，1997，16(3)：241-246.超滤 法处理［J］.水处理技术，1995，21(3)：145-148.The rmal Stablity of TiO2-ZrO2 Mixed Oxides［J］.J Am Ceram Soc,1993,76(8):2093-2097.
减小字体
增大字体