文 献 综 述

1.1 引言

膜是一种具有选择性筛分功能的材料，它可以根据工程需要对悬浮物、大分子有机物、细菌甚至离子等有很好的截留效果，因此被广泛应用于食品、医疗、水处理、石油化工以及核能等众多重要领域^[1-2]。膜分离具有低能耗、低成本等优点，除了选择性、通量、强度外，抗污染性也是衡量膜性能的重要指标。

膜污染的产生不仅与膜本身的尺寸及材料性质有关，而且还受到料液的理化性质以及具体的操作条件影响。膜污染会导致膜通量严重下降，还会影响膜的选择性，缩短膜的使用寿命，增加膜的应用成本^[3-4]。虽然制备面向应用过程的陶瓷膜以及优化膜应用的操作条件可以极大的缓解膜污染，但是膜污染现象还是无法避免，需要对膜组件进行定期清洗。

1.2 膜清洗

从膜过程而言，通过机械冲洗、高压反冲、化学清洗、超声强化等手段对膜进行清洗是恢复膜通量的常用方法。其中化学清洗对膜材料耐化学腐蚀性要求较高，对膜仍存在一定的破坏性。机械冲洗及高压反冲对去除膜面滤饼层非常有效，但对膜孔内污染物，特别是不可逆的膜孔堵塞效果不是很显著^[5]。超声强化是一种行只有效的清洗技术，超声空化效应不仅能冲蚀、分散在膜表面形成的污染层，还能作用到很多其他传统方法不能清洗的死角、空隙^[6]。

Chen^[7-8]等将超声引入陶瓷膜连续超滤过程，发现在超声频率为20kHz的条件下，膜通量没有任何衰减，而普通过滤过程膜通量衰减60%。将超声场与膜分离过程耦合，能在膜分离进行过程种强化传质，达到有效控制膜污染的目的。还有研究发现，将超声引入超滤工艺处理生物提取液^[9]、含油废水^[10]等体系，膜通量显著提高70%-150%。由此可见，超声强化不仅可以减缓污染层的形成，还可以破坏已形成的污染层，对提高膜的渗透性能及有效恢复膜通量都有良好的作用。

1.3 压电材料性质

压电材料是实现机械振动和电能相互转换的功能材料，是一类对电流、振动、热量较为敏感的电子材料，广泛应用于换能器、驱动器和传感器等电子器件中，在电子设备、生物以及航空航天等高新技术领域起到了重要作用。

压电材料分为有机压电材料和无机压电材料^[11-12]，有机压电材料以聚偏氟乙烯（PVDF）为代表，这类压电聚合物具有压电性强、柔韧性好、阻抗低等优点。因此PVDF在许多技术领域都有实用性，特别是用于制作液体、生物体及气体换能器，可获得很好的匹配性能。无机压电材料分为压电晶体和压电陶瓷，锆钛酸铅（PZT）陶瓷是无机压电陶瓷中应用最广泛的一种，致密锆钛酸铅系陶瓷材料最常用于制备超声换能器，这类材料具有优良的介电、压电性能和化学稳定性，并且有较高的居里温度（~300℃）。近年来有学者报道了压电材料用于制备多孔分离膜的研究，这类材料在强直流电压作用下内部随机取向的晶粒会根据电场的方向有序排列，并在电场撤销之后保持正负极分离的状态。极化之后的压电材料将表现出明显的正压电效应或逆压电效应。逆压电效应，即在交变电场的作用下晶体发生机械形变产生是超声波产生的原理。