“ α-磷酸锆（α-ZrP）是一种新型多功能介孔材料，其携带的大量羟基能给膜带来亲水性的改善和的离子交换性能。”

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摘要

    实验采用共混法制备了可对含油废水和重金属实现同步处理的新型α-磷酸锆纳米颗粒/聚丙烯腈 (α-ZrP-NP/PAN)混合基质膜，并对其微观形貌、表面电荷、污水净化能力、亲水性和抗污染性能进行了分析。α-ZrP-NP磷酸锆纳米粒子增强了膜表面的负电荷，同时也为混合基质膜提供了大量-OH，增强了膜的亲水性。扫描电镜和截面形貌分析结果表明， 随着纳米粒子掺入，混合基质膜表面孔径和孔隙率增大。混合基质膜的纯水通量和通量恢复率分别提高到175.91L/(m2·h) 和75.66%，表明其提高了渗透效率和抗污染性能。此混合基质膜对含油废水中含油量和化学需氧量的去除效果保持在 90%以上，典型重金属离子Pb2+去除率达到94.82%，其再生效率大于90%，反映了此膜的净化能力。

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实验目的

    含油废水中污染物通常有浮油、分散油、乳化油、溶解油与溶解矿物质，包括各类阴离子、阳离子与重金属，例如铅等。目前大多数的含油废水分离膜的研究工作都针对从水中分离油，从含油废水中回收或者去除重金属的研究比较有限。而含油废水中重金属的存在可能会对环境造成更大的破坏。   α-磷酸锆（α-ZrP）是一种新型多功能介孔材料，其携带的大量羟基能给膜带来亲水性的改善和的离子交换性能。本文选用α-ZrP-NP与聚丙烯腈共混制备混合基质膜，研究α-ZrP对膜微观形貌和性能的影响。以牛血清蛋白溶液和合成的含铅含油废水为模拟废水，对膜进行各项性能测试，考察其亲水性、抗污染性和污染物去除能力。

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实验材料
α-ZrP-NP（α-磷酸锆纳米颗粒）聚丙烯腈（PAN）聚乙烯比咯烷酮（PVP）二甲基亚砜（DMSO）牛血清蛋白（BSA）原油（50益时运 动黏度为5.33 mm2/s）Pb（NO3）2去离子水

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实验过程
    PAN浓度为13%， PVP浓度为7%，考虑到纳米粒子易团聚的特性，选取 0.25%、0.5%、0.75%、1%四个低浓度作为α-ZrP-NP（α-磷酸锆纳米颗粒）添加比例，溶剂DMSO则为对应剩余浓度。将制备的含有 0.25%、0.5%、0.75%、1% α-ZrP-NP的膜分别命名为Z0.25、Z0.5、Z0.75和Z1，不含α-ZrP-NP（α-磷酸锆纳米颗粒）的膜命名为PAN。

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实验结果
1.α-ZrP NP（磷酸锆纳米粒子）显著改善了膜的结构，从致密的PAN膜到建立起大孔隙通道，这是因为膜基质中亲水成分（α-ZrP-NP）的增加导致聚合物与溶剂之间相互作用降低，增强了溶剂和纳米粒子的扩散效应，创造了更多有利于非溶剂扩散的通道，这为大孔隙结构的形成创造了有利条件：

2.水接触角：随着α-ZrP-NP（磷酸锆纳米粒子）添加浓度的增大，改性膜的接触角从64.28°降低到36.83°，代表其亲水性的提高。是因为亲水性α-ZrP-NP（磷酸锆纳米粒子）能够捕获水分子膜表面形成一层紧密的水合层。孔隙率：PAN膜的初始孔隙率为46.59%，加入α-ZrP-NP后，有着明显的提升效果，这是因为α-ZrP-NP带来了亲水性的改善。α-ZrP-NP添加浓度达到0.75%时，膜孔隙率由46.59%提高到78.88%。而当浓度为1%时，孔隙率出现了下降。

3.膜渗透性能：初始纯水通量为88.18 L/(m2·h)，Z0.75膜达到的175.91 L/(m2·h)，增大了近200%，随后Z1膜的通量有所下降。这种先上升、后下降的变化趋势归因于亲水性和孔隙率的影响。PAN膜的通量恢复率为49.45%，随着α-ZrP-NP（磷酸锆纳米粒子）的添加，其上升到75.66%，表明改性膜抗污染性能的增强：

4. 合成含油废水超滤表现：PAN超滤膜对铅离子的去除率仅有50.62%，这可能归因于膜致密的结构阻碍了铅离子的通过。膜基质中掺入α-ZrP-NP（磷酸锆纳米粒子）后， 由于膜表面与内部均存在可与重铅离子进行离子交换的α-ZrP-NP，所以混合基质膜的铅离子去除能力显著增强，达 94.82%。同时使用酸性溶液，例如稀硝酸能轻松实现膜上重金属结合位点的再生：

5.膜对污染物去除：因为混合基质膜中α-ZrP-NP（磷酸锆纳米粒子）的植入，使得膜中亲水组分增加，水合层阻挡了油类物质向膜表面靠近，油类物质体现出的疏水性使得其很难接近水合层并打破这种有序结构，从而实现油类疏水物质与水的分离。膜表面与内部结构中存在的大量-OH发生了离子交换，重金属离子被吸附，而氢离子被释放：

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原创作者：福建瑞森新材料股份有限公司