GO/GQDs改性复合纳滤膜对含盐染料废水的高效处理研究

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随着排放标准的日趋严格,研发有效的染料废污水治理和再利用方法十分必要。纳滤(NF)技术因其高效、易操作、选择性分离、不产生二次污染和出水水质好等优势,在含盐染料废水的处理和回用方面具有很大的发展前景。本研究主要采用涂敷交联法和界面聚合法,制备出渗透-选择性和耐污染性良好的GO-PCS混合基质NF膜和GQDs掺杂的疏松型NF膜。采用一系列表征手段对复合膜皮/断层形貌、粗糙度、接触角、Zeta电位、平均有效孔径等进行了详尽地研究。通过分离直接黑38、丽春红S、二甲酚橙、直接红80、阿利新蓝8GX等模拟废液和发制品染色液(HDE),来评价所制备NF膜的分离/耐污染性能。为含盐染料废水的深度处理和再利用提供了新的借鉴。本论文的主要研究内容如下:(1)GO-PCS混合基质NF膜的制备及其性能研究:采用涂敷交联法,设计一步法得到理想的皮层特征和疏松的支撑结构,通过氧化石墨烯(GO)纳米片表面功能化制备了一种新型GO-PCS纳滤膜,研究了GO纳米片添加量对合成膜的物化性质及其分离性能的影响。实验结果表明:通过与适量GO纳米片形成共价键,制备了一种新型表面功能化的PCS基NF膜。它具有优良的表面亲水性、光滑度和负电荷性(分别降低到41.9°、18.7 nm和-56.4 m V),并表现出良好的阴离子染料和盐去除性能。由于连续的聚合物链被二维的刚性氧化石墨烯纳米片破坏,其表层的孔隙率同时增加了16.8%。与未改性的PCS空白膜相比,稳态下最优的NF2膜对直接黑38、二甲酚橙、丽春红、Na Cl和Na2SO4水溶液的渗透通量分别提高了58.8%、76.3%、75.1%、83.1%和78.8%。同时,还表现出对阴离子染料和盐份分别呈略高和显著增加的去除率。此外,最佳的GO-PCS膜也表现出了更好的耐污染性能,其通量衰减率降低至8.67%,尤其是对直接黑38溶液的不可逆污染率仅为0.17%。(2)石墨烯量子点(GQDs)基TFC/TFN疏松型NF膜的制备及其性能研究:采用界面聚合法,通过部分选择性掺杂4,4′-双哌啶和连续掺杂GQDs定制疏松型NF复合膜,验证其高效分级分离模拟和真实染料/盐混合物的可行性。研究BP和GQDs添加量对合成NF膜功能层特性及其去除性能的影响。实验结果表明:部分选择性掺杂BP,能显著增加聚酰胺层的平均有效孔径,降低聚酰胺层的交联度,从而形成更为光滑的膜表面。连续掺杂GQDs除了进一步强化上述正影响效应外,还使制备的TFN膜表面的亲水性和荷电性显著地提高。用染料/盐溶液对TFN-0.2膜进行测试时,表现出高达56.0L·m-2·h-1·bar-1的渗透通量,且对所选定染料的截留率均大于99.8%,对盐的透过率大于91.2%。此外,TFN-0.2膜对HDE废液的耐污染指数如Rr和Rir分别由TFN-0膜的13.0%和20.6%下降至8.30%和1.30%,而FRR则由79.4%急剧上升至98.7%。总之,最佳的TFN-0.2膜对模拟和真实的染料/盐混合物表现出卓越的分级分离和耐污染性能。
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