超滤膜结构参数特性的分析研究

图 ５ 为两种电镜图片经过软件分析的孔径分布 图， 从出现频率最多的孔来看， ＳＥＭ 所得的分析结果 是 ２１￣２５ ｎｍ 的孔为 ４２ 个， ＦＥＳＥＭ 所得的分析结果 是 １１￣１５ ｎｍ 的孔最多为 ６０ 个， 而在小孔 １～１０ ｎｍ 区间上， 用场发射扫描电镜分析的孔径分布较一般 的扫描电镜分析的孔径分布在小孔出现的频率上明 显增多。在大孔区间上， 两种电镜分析的结果基本接 近。膜孔密度分布结果近似于正态分布。
水处理与回用技术．
１．２ 膜结构参数的测定方法 １．２．１ 测定设备与材料
本研究使用的膜材为 ＰＶＤＦ－ ３００ 超 滤 平 板 膜 ， 截留分子量 ３０ ０００ ｕ。电子显微镜为扫描电子显微 镜（ ＪＳＭ － ６４６０） 和场发射扫描电镜（ ＪＳＭ － ６７００Ｆ） 。
膜过滤装置采用 ＳＣＭ 杯式超滤系统， 过滤面积 为 ３．３２×１０－３ ｍ２。压力驱动采用纯氮气， 过滤压力为 ０．１ ＭＰａ， 出水通量通过电子天平进行自动采集。 １．２．２ 扫描电镜法
响， 通过试验利用（ ２） 式可以计算出膜平均孔径。
２ 结果与分析
膜结构参数的测定结果及分析如下： ２．１ 电镜法测定结果及分析
对 ＰＶＤＦ－ ３００ 超滤膜用扫描电镜照相结果如图 １， 经过图像处理后表示为图 ２ 所示。
图 ２ 中， 分布很不均匀的黑点代表膜表面的小 孔 。 利 用 图 像 分 析 软 件 计 算 得 出 平 均 孔 径 为 ３０．２ ｎｍ， 膜面积为 １．３６×１０－２ ｍ２， 孔 隙 率 为 ３．２％， 膜 孔 密 度为 ７．３１×１０１２ 个·ｍ－２。
第 ２０ 卷 第 ２ 期 ２００７ 年 ４ 月
江苏环境科技 Ｊ ｉａｎｇｓｕ Ｅｎｖｉｒ ｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｖｏｌ．２０ Ｎｏ．２ Ａｐｒ．２００７
超滤膜结构参数特性的分析研究
段文松 １， 王振中 ２
（ １．安徽师范大学环境科学学院， 安徽 芜湖 ２４１０００； ２．浙川县公路管理局， 河南 浙川 ４７４４５０）
根据膜结构参数在透水过程中的变化规律研究膜污染的机理， 为以后建立以膜结构参数为参数的膜污染模型奠定
了理论基础。
关键词： 扫描电镜； 渗透率法； 膜孔密度； 孔径分布
中图分类号： Ｘ５
文献标识码： Ｂ
文章编号： １００４－ ８６４２（ ２００７） ０２－ ０００９－ ０３
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｕｌｔｒ ａｆｉｌｔｒ ａｔｉｏｎ Ｍｅｍｂｒ ａｎｅ Ｃｏｎｆｉｇｕｒ ａｔｉｏｎ Ｐａｒ ａｍｅｔｅｒ ｓ ＤＵＡＮ Ｗｅｎ－ ｓｏｎｇ， ＷＡＮＧ Ｚｈｅｎ－ ｚｈｏｎｇ
摘 要 ： 用电 镜 法 和 滲 透 率 法 对 ＰＶＤＦ－ ３００ 超 滤 膜 表 面 的 孔 径 分 布 、孔 隙 率 以 及 膜 孔 密 度 等 结 构 参 数 进 行 了 测
定。结 果 表 明， 用 扫 描 电 镜 法 和 场 发 射 扫 描 电 镜 法 测 定 膜 平 均 孔 径 及 膜 孔 密 度 等 结 构 参 数 是 比 较 吻 合 的 。从 而 可 以
１１
出现频率／个 １－ ５ ６－ １０ １１－ １５ １６－ ２０ ２１－ ２５ ２６－ ３０ ３１－ ３５ ３６－ ４０ ４１－ ４５
７０
６０
ＳＥＭ
５０
ＦＥＳＥＭ
４０
３０
２０
１０
０
孔 半 径 ／ｎｍ
图 ５ Ｐ ＶＤＦ－ ３００ 膜表面孔径分布（ ×３×１０４）
２．２ 渗透率法结果及分析 膜通量 Ｊ 是在 ０．１ ＭＰａ 压力下， 过高纯水， 时间
［４］ Ｇａｒｙ Ｌ Ａｍｙ． Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｓｉｚｅ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｍａｔｔｅｒ［Ｊ］． Ｊｏｕｒ ＡＷＷＡ， １９９２， ８４（６）： ６７ － ７５．
［５］ Ｍａｓａｙｏ Ｈａｙａｍａ， Ｆｕｋａｓｈｉ Ｋｏｈｏｒｉ，Ｋｉｙｏｔａｋａ Ｓａｋａｉ． ＡＦＭ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｍａｌｌ ｓｕｒｆａｃｅ ｐｏｒｅｓ ｏｆ ｈｏｌｌｏｗ－ ｆｉｂｅｒ ｄｉａｌｙｓｉｓ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｕｓｉｎｇ ｈｉｇｈｌｙ ｓｈａｒｐｅｎｅｄ ｐｒｏｂｅ ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｅｍｂｒａｎｅ ｓｃｉｅｎｃｅ， ２００２： ２４３ － ２４９． （责任编辑 胡燕荣）
为了比较， 我们也选择了场发 射 扫 描 电 镜［４］， 用 同等的放大倍率给相同的膜进行了多次拍照， 电镜 分析结果为图 ３， 经图象处理的为图 ４。
图片中的黑点同样代表膜孔， 经分析可得， 平 均 孔 径 为 ２３．５ ｎｍ， 膜 面 积 为 １．３６×１０－ ２ ｍ２， 孔 隙 率 为 ２．３％， 膜 孔 密 度 为 ７．３×１０１２ 个·ｍ－ ２。 比 较 两 种 电 镜法所测得的结构参数， 从平均孔径上来看， 场发 射扫描电镜结果分析的平均孔径为 ２３．５ ｎｍ， 比扫 描电镜分析的平均孔径小 ７ ｎｍ 左右， 但是两种电 镜 所 测 得 的 膜 孔 密 度 是 一 样 的 ， 都 是 １０１２ 个·ｍ－ ２， 说明对于一般的超滤膜来说， 用扫描电镜和场发射 扫描电镜在适合的放大倍率下测定膜表面参数都 是 可 以 满 足 实 验 要 求 的 。至 于 测 定 孔 径 的 不 同 的 原 因为： ①由于膜表面孔的分布很不均匀， 有的地方 孔较多， 而有的地方没孔所导致的； ②在同等放大 倍率下场发射扫描电镜比一般的扫描电镜分辨率 高， 一般扫描电镜对有些小孔没有分辨出来。所 以， 可以对同一膜表面不同的地方采用多次照相 的方法， 再求其表面的膜孔径平均值作为膜结构 参数。
０ 引言
膜分离技术具有设备简单、操作方便、分离效率 高等优点， 已在水处理行业中得到了广泛的关注［１］。 但是， 膜污染所引起的透水通量下降， 成本上升等问 题严重阻碍了膜技术进一步的推广与应用。在减轻 浓差极化与膜面污垢方面， 前人做了大量的工作［２］， 但从膜结构参数研究膜污染较少。为了从膜结构的 角度研究膜污染， 研究用扫描电镜、场发射扫描电镜 以及渗透率法测定了膜孔径分布规律、孔隙率， 膜孔 密度等参数， 从而可以根据膜结构参数的变化规律 探讨膜污染的情况。
间隔为 ５ ｓ 时的平均通量， 膜的厚度可以经过对膜 的横断面图 ６ 进行照相分析［５］， 如图 ６ 所示。
了便于评价， 假定膜孔为圆柱形， 所以取弯曲因子为 １。利用以上参数， 根据式（２）经过多次计算， 算出超滤 平板膜 ＰＶＤＦ３００ 的平均孔径为 ２５ ｎｍ。
３ 结论
用两种电镜测定法和渗透率法的测定结果表 明， 通过必要的反复测定修正平均值所得的膜孔平 均半径、膜孔密度及孔隙率的方法是可以采用的， 能 较精确表达膜结构参数的方法。因此实验基于扫描 电镜和渗透率法测定膜平均孔径、膜孔密度及孔隙 率等膜表面结构参数的方法是可行的。可以更好的 从膜结构参数在透水过程中的变化规律来研究膜污 染的机理， 为以后从膜结构方面建立膜污染模型奠 定了理论基础。
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以废治废、以废生肥利用废氨脱硫
被 列 为 江 苏 省 “十 一 五 ”期 间 二 氧 化 硫 重 点 治 理 的 中 石 化 扬 子 石 化 公 司 近 日 与 镇 江 江 南 环 保 工 程 公 司 正 式 签 订 了 烟 气 脱 硫 工程总承包合同 ， 决定选用列入国家“８６３”项目的氨法脱硫技术， 利用公司在治理炼油厂原油酸气产生的废氨水， 来治理热电厂 燃煤锅炉产生的二氧化硫烟气， 生产硫酸铵化肥， 在公司内部架设一条炼油厂、热电厂“以废治废、以废生肥”的通道。
［１］ 郑 成． 膜的污染及其防治 ［Ｊ］． 膜科学与技术， １９９７， １７（ ２） ： ５ － １４．
［２］ 陈 虎，刘进荣，马青山． 超滤膜分离过 程 强 化 方 法 综 述［Ｊ］． 水处理技术， ２００３， ２９（２）： ７１ － ７２．
［３］ Ｉｓａｂｅｌｌｅ Ｍａｓｓｅｌｉｎ， Ｌａｕｒｅｎｃｅ Ｄｕｒａｎｄ － Ｂｏｕｒｌｉｅｒ Ｍｅｍｂｒａｎｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ ｉｍａｇｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｅｍｂｒａｎｅ ｓｃｉｅｎｃｅ， ２００１： ８５ － ９６．
１ 膜结构参数及其测定方法
１．１ 膜结构参数 作为与透水量相关的膜参数， 最重要的是膜孔
径及膜孔密度两个参数， 但由于膜通常是多层结构 有粗孔的支撑层和微孔的表层及过渡层。所以对这 些参数的准确测定较为困难。
收稿日期： ２００７－ ０１－ ０７ 基金项目： 安徽省高校青年教师科研项目（ ２００６ｊｑｌ０５６） ． 作者简介： 段文 松 （ １９７９－ ） ， 男 ， 江 西 九 江 人 ， 工 学 硕 士 ， 研 究 方 向：污
渗透滤法是通过测定一定压力下的膜通量， 利 用 Ｈａｇｅｎ－ Ｐｏｉｓｅｕｉｌｌｅ 方 法 计 算 出 获 得 膜 平 均 孔 径 的 方法。
Ｈａｇｅｎ－ Ｐｏｉｓｅｕｉｌｌｅ 公式为：
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江苏环境科技
２００７年 ４ 月
Ｊ ＝ εｒ２Δｐ
（１）
８ τηΔｘ
式中： Ｊ 为膜通量， ｍ３·ｍ－２·ｓ－１； ΔＰ 为 压 差 ， Ｎ·ｍ－２； Δｘ
图 １ Ｐ ＶＤＦ－ ３００ 膜 Ｓ ＥＭ 照片（ ×３×１０４）
图 ２ 经图象处理过的膜 Ｓ ＥＭ 照片（ ×３×１０４）
图 ３ Ｐ ＶＤＦ－ ３００ ＦＥＳ ＥＭ 膜照片（ ×３×１０４）