渗透蒸发膜的制备及对水中微量有机物吡啶的富集性能研究

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吡啶作为除虫菊酯类农药等生产过程中主要污染物,其难降解及毒性大的特性,对人类的健康及环境的危害构成了严重威胁。从环境危害性及工业价值等角度分析,对吡啶的分离、回收具有重要意义。渗透蒸发技术作为一项新型的具有发展前景的膜分离技术,相对精馏、吸收等传统分离工艺具有操作简单、节能、无二次污染等优点,它已经被人们广泛地应用。本课题的研究内容是制备出具有优良性能的渗透蒸发膜用于废水中吡啶的分离和富集。选择合适的膜材料对渗透蒸发的分离效果起到关键作用。根据溶解性参数的原则,本文选取了聚醚嵌段共聚酰胺(PEBA)为材料,通过对其改性,制备渗透蒸发杂化膜回收废水中吡啶。利用X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、热重仪(TG)以及接触角分析等手段对膜的微观形态进行表征,系统研究了膜的渗透蒸发性能。为了提高渗透蒸发膜的分离性能,本研究采用Mo S2纳米颗粒和Cu2O纳米颗粒为填充材料,制备了PEBA无机-有机杂化膜。扫描电镜(SEM)结果表明,颗粒在膜中均匀地分散,没有团聚的现象出现;XRD分析表明,填充剂在PEBA膜内只是单纯的物理混合;TGA分析结果显示,Mo S2颗粒和Cu2O颗粒的填充有助于提高PEBA膜的热稳定性。通过渗透蒸发实验,研究了填充剂填充量、料液温度和浓度对膜分离性能的影响。渗透蒸发实验表明,Mo S2颗粒和Cu2O颗粒的填充量分别为10.0 wt%和6.0 wt%时,分离效果达到最佳;随着操作温度的升高,总渗透通量和分离因子也都增加;料液浓度的增加,有助于总渗透通量的提高,而分离因子却呈现出下降的趋势。当料液吡啶浓度为1.0 wt%,进料温度为30℃时,吡啶渗透通量分别为8.28 g m-2h-1和8.45 g m-2h-1,对应的分离因子分别为10.22和11.18;为了进一步提高渗透蒸发膜的分离性能,利用高疏水的碳纳米管(CNTs)填充PEBA,制备了PEBA/CNTs杂化膜。扫描电镜(SEM)结果表明,填充剂在膜中均匀地分散;TGA分析结果显示,填充剂的加入提高了膜的热稳定性。渗透蒸发实验表明,杂化膜的分离因子先随着CNTs含量的增大而增大,在CNTs含量为5 wt%时达到极大值,然后随着CNTs含量的增大而减少。当料液吡啶浓度为1.0 wt%和进料温度为30℃时,吡啶渗透通量和分离因子分别为15.16 g m-2h-1和11.78。
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