原子力顯微鏡(AFM)的基本原理、工作模式,敘述了AFM在無機(jī)、有機(jī)及生物膜污染和不同清洗環(huán)境下的機(jī)理研究中的應(yīng)用.AFM因其具有高分辨率成像及工作環(huán)境多樣等優(yōu)點(diǎn),在膜科學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用.AFM與其他分析技術(shù)相結(jié)合，可深層闡釋膜污染及清洗機(jī)理，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化膜清洗方案，提高膜清洗效率.在未來的研究中，AFM的強(qiáng)大分析測(cè)量功能，將使其在開發(fā)改變膜表面特性的膜材料，尤其是提高抗污性絲新膜材料領(lǐng)域發(fā)揮巨大作用，從而有力地推動(dòng)膜科學(xué)迅速發(fā)展.

膜技術(shù)在飲用水凈化、海水淡化和苦咸水脫鹽等領(lǐng)域有著十分廣泛的應(yīng)用前景冋。尤其是通過膜技術(shù)對(duì)污水進(jìn)行回用，在極大程度上解決了當(dāng)今世界面臨的水資源短缺問題叫目前，常用的膜技術(shù)包括微濾(MF)、超濾(UF)、納濾(NF)、反滲透(RO)和正滲透(FO)等。

盡管膜技術(shù)日趨成熟，但膜污染仍是限制其推廣應(yīng)用的主要因素。膜污染是指過濾液中的污泥絮體、膠體粒子、溶解性有機(jī)物或無機(jī)鹽類，由于與膜存在物理化學(xué)相互作用或機(jī)械作用而引起的在膜面吸附與沉積，或在膜孔內(nèi)吸附造成膜孔徑變小或堵塞，使水通過膜的阻力增加、過濾性下降，從而使膜通量下降或跨膜壓差升高的現(xiàn)象叫膜污染會(huì)降低膜性能，減少膜的使用壽命，提高運(yùn)行成本⑴叫若能對(duì)污染制定相適應(yīng)的膜清洗方案，可有效去除膜表面污垢，使膜性能在一定程度上有所恢復(fù)，從而實(shí)現(xiàn)膜系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運(yùn)行。

目前用來表征膜污染的設(shè)備有很多,包括電子顯微鏡(SEM)、傅里葉變換紅外光譜(FTIR)、X射線衍射(XRD)、耗散型石英晶體微天平(QCMD)及原子力顯微鏡(AFM)等曲叭其中AFM因其空間分辨率高、實(shí)驗(yàn)對(duì)象廣泛、制樣過程簡單、實(shí)驗(yàn)環(huán)境多樣的優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。

AFM在膜污染及清洗的研究中,主要應(yīng)用于:1)表征污染及清洗前后膜表面的三維形貌;2)檢測(cè)膜與膜污垢以及膜污垢本身之間的作用力;3)探究在不同清洗劑環(huán)境下，膜污垢之間的作用力。圖2為AFM在有機(jī)膜污染機(jī)理研究中的應(yīng)用耳24?乳探針包覆不同材料,如竣酸改性孚IM(CML)、腐殖酸(HA)、牛血清白蛋白(BSA)等;膜材質(zhì)，如聚醯硯(PES)、醋酸纖維素(CA)、聚酰胺(PA)等;有機(jī)污垢，如HA、胞外聚合物(EPS)、BSA等；2價(jià)離子，如Ca2+、Mg+等。

AFM測(cè)量膜表面與污垢或污垢間的相互作用力時(shí)，所使用的探針需特別制備，一般可將相應(yīng)的膜污垢包覆在探針表面，使之與膜或膜上污垢接觸。在測(cè)量膜表面與污垢間作用力時(shí)，也可用相應(yīng)膜材料對(duì)探針進(jìn)行包覆。AFM可檢測(cè)各種材質(zhì)的膜，包括CA膜、PA膜等未經(jīng)污染的原始膜，也可用于研究表面受到不同類型污染的膜列。相互作用力的測(cè)定須在流動(dòng)池中進(jìn)行，探針接近膜樣品直至完全接觸,然后遠(yuǎn)離，便可獲得探針與膜樣品在接近和遠(yuǎn)離過程中作用力隨距離變化曲線〔2妙1。一般選擇遠(yuǎn)離過程曲線來反映膜與污垢之間的相互作用力。AFM適用于各種水環(huán)境，因此它還可以用于測(cè)量不同清洗劑環(huán)境下,探針與膜表面的相互作用。