研究背景
随着全球工业化进程的加速，石化行业迅速发展，随之而来的是日益严重的环境污染问题。石化废水因其含有大量有毒有机和无机污染物，成为环境治理的一大难题。这些废水中含有的苯、甲苯、卤代芳香烃等有机污染物，不仅对生态环境构成严重威胁，也对人类健康造成潜在风险。因此，开发高效、稳定的废水处理技术，对于保护环境、促进可持续发展具有重要意义。传统的石化废水处理方法存在效率低下、成本高昂、易造成二次污染等问题。近年来，膜技术因其高分离性能、化学添加量少、出水质量稳定等优点，被视为解决石化废水处理难题的有效途径。然而，膜技术在实际应用中也面临着膜通量低和膜污染严重等挑战。为了克服这些问题，科学家们一直在探索开发新型膜材料，以提高膜的选择性、渗透性和抗污染性能。
成果简介
在这项研究中，研究人员成功开发了一种新型的自组装石墨烯氧化物/聚偏氟乙烯（GO/PVDF）层状膜。该膜以其卓越的抗污染性能和增强的处理效果，为石化废水的高效处理提供了新的可能性。研究团队利用石墨烯氧化物（GO）的层状结构和抗污染特性，结合层层组装（LBL）方法和稳定的乙二胺（EDA）交联技术，制备出了具有约0.94纳米层间距的GO/PVDF层状膜。这种新型膜材料首次应用于石化废水中低分子量芳香化合物的去除，展现出了优异的长期稳定性和抗污染能力。在连续445小时的运行中，该膜处理实际石化废水的渗透液化学需氧量（COD）始终低于50 mg/L，符合中国石化行业污染物排放的国家标准。
图文导读
图1 展示了不同GO层数对膜性能的影响，包括接触角、zeta电位、纯水通量和SPW COD去除效率。结果表明，随着GO层数的增加，膜的亲水性和抗污染性能得到提升。
图2 显示了GO/PVDF膜在处理SPW和RPW时的出水COD和标准化水通量的变化情况，证实了GO/PVDF膜在长期运行中保持了较高的通量和去除效率。
图3 通过EEM-PARAFAC分析揭示了GO/PVDF膜对石化废水中不同荧光组分的去除效果，特别是对三环以上芳香化合物的高效去除。
图4 通过SEM图像展示了不同废水处理后GO/PVDF膜表面的污染情况，分析了膜污染的形态和机制。
图5 探讨了特定有机模型化合物对膜污染的影响，以及共存离子对膜性能的影响。
图6 展示了GO/PVDF膜在长期处理SPW、SPW-I和RPW溶液时的分离能力、抗污染性能和稳定性。
图7 和 图8 分别展示了不同清洗方法对GO/PVDF膜表面性质的影响，以及清洗过程中膜通量恢复率和出水COD的变化。
小结
本研究开发的GO/PVDF层状膜在石化废水处理中展现出了卓越的性能，不仅提高了污染物的去除效率，而且具有优异的抗污染能力和长期稳定性。通过优化的LBL组装方法和EDA交联技术，GO/PVDF膜成功实现了对低分子量有机污染物的高效选择性分离。此外，研究还发现，适当的化学清洗和超声清洗的结合使用，能够有效恢复膜通量，同时最小化对膜结构的损害。这项研究不仅为石化废水处理提供了一种新的技术途径，也为膜技术在工业废水处理和回收领域的广泛应用提供了重要的科学依据和技术支持。随着技术的进一步成熟和应用，有望为环境保护和可持续发展做出更大的贡献。
文献：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.153931
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