膜污染是膜工艺的痛点,目前缺乏原位实时的预警技术,导致化学清洗往往是滞后的。本研究开发了一种智能膜材料——rGO-PANI导电复合膜。它本身就是性能优良的超滤膜,同时具有优异的电化学活性和导电性。当膜面开始吸附水中有机污染物(如牛血清蛋白、腐殖酸)或附着细菌时,膜表面固-液界面的电化学性质会发生细微但可测量的变化。例如,污染物的吸附会改变膜的表面电位,导致膜电极的开路电位发生漂移。或污染层会阻碍电极与溶液间的电子和离子传递,导致膜电极的特定频率(如0.1Hz)下的电化学阻抗模值规律性升高。实验证实,这些电化学信号的响应时间,远早于跨膜压差(TMP)出现可观测到的变化。通过设定开路电位漂移或阻抗变化的预警阈值,系统可以在膜污染发生的极早期(微污染阶段)就发出警报,提示操作人员进行低强度的在线水力清洗或化学加强反洗,从而及时、轻易地去除刚附着的污染物,防止其发展为难以清洗的致密污垢层。该研究为膜过程的智慧运维提供了全新的在线、原位、灵敏的“电子舌头”。
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