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随着能源危机和环境污染的日益加剧,调整能源结构和能源利用方式成为亟待解决的关键问题。煤液化合成油技术可将煤炭资源转化为液态燃料,既调整了我国富煤少油的能源结构,也可减少因煤炭燃烧产生的大气污染问题。其中,费托合成技术是煤液化合成油过程中的关键技术,然而在费托合成过程中会产生大量废水,主要成分包括醇、酸、醛、酮等含氧有机物。费托合成废水中有机污染物浓度高,酸性较强,难以处理。若能将废水的有机物回收并将随后产生的废水加以高效处理,对整体煤制油过程成为集成优化的清洁生产过程起到重要作用。本文主要采用渗透汽化技术对费托合成废水中的含氧有机物进行分离和回收,可以有效降低废水中有机物的含量,从而为该废水的进一步处理降低难度,以达到提高可生化性的目的。 本研究首先对费托合成废水的水质成分进行精确分析,确定其中各含氧有机物的种类和含量。采用电渗析法对费托合成废水进行预处理,去除废水中的有机酸类物质,并且通过优化操作条件以提高其处理能力,得到可用于渗透汽化分离的进料液。然后通过小试实验筛选了具有有机物优先透过能力的渗透汽化膜材料,并在实验室内进行了模拟废水和实际废水的去除,确定了最佳的渗透汽化膜制备条件以及分离过程的操作条件。 其次,分别在实验室和现场开展了渗透汽化法分离费托合成废水的中试研究,考察了进料液温度、真空度、冷凝温度等操作条件对膜渗透汽化性能的影响,并对复合膜的稳定性进行了考察。在最佳条件下,当进料液温度为60℃,真空度为1200Pa,冷凝温度为-17℃,进料液中含氧有机物的浓度为0.68wt%时,经过渗透汽化分离,透过液中含氧有机物的含量为3.07wt%,通量为805.6g/m2h。经连续运行1300h,渗透汽化膜仍能保持优异的分离性能。通过三级渗透汽化,可将含氧有机物总量的浓度提高到42.50wt%,并且渗透通量可达到1000g/m2h以上。与此同时,通过渗透汽化分离,可将进料液中的含氧有机物浓度降低到0.41wt%,从而实现了费托合成废水中含氧有机物的去除和回收。 最后,为了探索具有更为优异渗透汽化性能的膜材料,本研究制备了介孔SiO2/PDMS杂化膜,用于有机物优先透过的渗透汽化分离。通过扫描电镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、接触角测定仪等手段对介孔二氧化硅粒子和杂化膜的表面形貌及微观结构进行了表征。考察了SiO2负载量、分离体系等对SiO2/PDMS杂化膜分离性能的影响。结果表明SiO2/PDMS杂化膜比纯PDMS膜具有更优异的分离性能,当SiO2负载量为10wt%,原料液浓度为5wt%,进料液温度为60℃时,杂化膜的分离因子为10.3,渗透通量为1897g/(m2h)。