xDLVO理論定量解析納米SiO2和天然有機(jī)物超濾膜污染機(jī)理.pdf

1、隨著納米科技的高速發(fā)展，納米二氧化硅(SiO2)因其具有獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，在化工、紡織、醫(yī)療和衛(wèi)生領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。納米SiO2大量使用不可避免地進(jìn)入水體，與水體中的天然有機(jī)有機(jī)物(NOM)結(jié)合，形成更具毒性的納米顆粒-NOM復(fù)合污染物，從而影響水體生態(tài)群落結(jié)構(gòu)，增加對(duì)人類和環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)，因此納米SiO2如何更加有效去除已經(jīng)受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。目前超濾技術(shù)對(duì)于納米顆粒的去除十分有效，然而膜污染直接導(dǎo)致膜通量下降、膜過(guò)濾阻力增

2、加、頻繁膜清洗，是限制其廣泛應(yīng)用的主要障礙。一般無(wú)機(jī)顆粒和天然有機(jī)物具有協(xié)同膜污染作用，相比常規(guī)無(wú)機(jī)粒子，納米顆粒因其高比表面積，更加顯著增加了表面作用力在膜污染中的作用。本研究運(yùn)用xDLVO理論深入解析溶液化學(xué)條件對(duì)SiO2-NOM混合物超濾膜污染機(jī)理的影響，評(píng)價(jià)不同界面作用能（包括范德華界面作用能、雙電子層界面作用能、極性作用能）對(duì)膜污染的貢獻(xiàn)程度。通過(guò)不同膜污染階段界面相互作用與膜污染趨勢(shì)進(jìn)行線性擬合，探究xDLVO理論解析SiO

3、2-NOM混合物超濾膜污染機(jī)理的適用性。本研究為納米顆粒和NOM混合物膜污染控制提供理論支持。
　　研究結(jié)果表明，在低溶液pH值、高離子強(qiáng)度和Ca2+濃度條件下，SiO2-NOM混合物超濾膜相對(duì)通量下降較快，膜污染加劇。SEM圖像表征結(jié)果表明，在該溶液條件下污染膜表面沉積層更加緊密，相應(yīng)的污染結(jié)果與不同溶液條件下相對(duì)通量下降趨勢(shì)一致。另外，隨著溶液pH值降低，離子強(qiáng)度和Ca2+濃度增加，物理清洗效率增加，化學(xué)清洗效率降低，相應(yīng)可逆

4、污染阻力增大，在該溶液條件下，膜-污染物和污染物-污染物界面吸引力增大或排斥性減小。通過(guò)分段過(guò)濾和清洗實(shí)驗(yàn)表明膜過(guò)濾過(guò)程不可逆污染主要發(fā)生在初期階段，由于初期階段膜污染主要發(fā)生在膜孔內(nèi)，不容易通過(guò)物理清洗方法去除，相應(yīng)的不可逆污染占比增大。
　　基于xDLVO理論計(jì)算，膜-污染物和污染物-污染物界面相互作用能中極性相互作用(AB)在總相互作用能中占主導(dǎo)作用，而范德華相互作用(LW)和靜電相互作用(EL)對(duì)總界面相互作用貢獻(xiàn)較小。在