【行恒科技设备助力科研】微纳米气泡耦合次氯酸钠平衡超滤膜清洗效率与老化抑制的机理研究!

济南大学团队在《Separation and Purification Technology》发表重要研究成果，
采用行恒科技NANO MF-5000微纳米气泡发生设备，
通过引入空气微纳米气泡（AMNBs）技术，成功实现了次氯酸钠（NaClO）清洗剂用量的显著降低与超滤膜老化效应的有效抑制。本研究系统阐明了AMNBs与NaClO的协同作用机制，为水处理中超滤膜的长期稳定运行提供了创新解决方案。

研究背景与意义

超滤膜技术在水处理中应用广泛，但膜污染问题严重影响系统性能和使用寿命。化学清洗尤其是NaClO清洗虽能有效去除污染物，但高浓度清洗剂会加速膜老化。本研究创新性地将AMNBs与NaClO结合，在保证清洗效率的前提下，将NaClO用量从0.1%降至0.03%，显著减轻了膜老化现象。

实验设计与方法

研究体系构建

以PVDF超滤膜为研究对象，以阴离子聚丙烯酰胺（APAM）为模型污染物，系统比较了单独NaClO清洗与AMNBs-NaClO联合清洗的效果。实验采用死端过滤系统，在0.05 MPa跨膜压力下进行污染和清洗过程。

参数优化与表征

通过多指标系统评估清洗效果。包括通量恢复率、膜性质变化（化学特性、接触角、孔径分布、机械强度等）以及AMNBs的特性分析（Zeta电位、尺寸分布、聚集稳定性）。

结果与讨论

清洗效率提升与试剂用量减少

AMNBs使NaClO用量减少70%而不影响清洗效率。单独使用NaClO时，最佳浓度为0.1%，清洗150分钟后通量恢复率可达1.11；而结合AMNBs后，0.03% NaClO即可在相同时间内实现相当的通量恢复（1.07）。

清洗效率对比分析：

膜老化抑制效果显著

降低NaClO浓度有效延缓膜老化进程。与0.1% NaClO相比，0.03% NaClO处理后的膜在化学特性、润湿性、孔径变化等方面表现出更好的稳定性。

膜性质随时间变化规律：

抗污染性能保持良好

低浓度清洗后膜的抗污染性能仍保持优异。即使在NaClO浓度降至0.03%的情况下，膜的污染阻力、通量恢复率等关键指标仍维持在理想水平。

膜污染行为详细分析：

机理阐释

AMNBs特性变化与协同机制

AMNBs在NaClO溶液中形成功能性微区。Zeta电位分析表明，ClO-离子在AMNBs界面富集，形成高浓度反应区域，显著增强清洗效果。

AMNBs特性参数变化：

协同作用机制示意图

多机制共同作用实现高效清洗。包括微功能区形成、尺寸效应和聚集稳定性三个主要机制，共同贡献于清洗效率的提升和试剂用量的减少。

协同机制示意图：

创新点与学术贡献

理论创新

技术价值

• 效率提升：清洗效率相当前提下试剂用量减少70%
• 老化抑制：显著延长膜使用寿命
• 成本降低：减少化学品消耗和运行成本
• 环境友好：降低二次污染风险

结论与展望

本研究通过系统的实验设计和机理分析，证实了AMNBs与低浓度NaClO的协同清洗策略能够有效平衡清洗效率与膜老化矛盾。主要结论包括：

未来研究方向：

文献信息：Separation and Purification Technology 361(2025) 131370

（原文献链接: https://doi.org/10.1016/j.seppur.2024.131370）

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本项研究由济南大学土木建筑学院团队完成，为超滤膜技术的长期稳定运行提供了重要的理论支撑和技术方案。