论文部分内容阅读
正渗透膜及正渗透技术是一种新型的基于渗透压驱动的渗透分离水处理技术,其具有的低能耗,少污染以及常温常压运行等特点使正渗透技术在水资源化、食品加工、药物产品提纯以及能源行业均有广阔的发展潜力。正渗透技术与微生物燃料电池(MFCs)相结合的正渗透微生物燃料电池(Os MFCs)出现仅6年时间,其结合了正渗透与微生物燃料电池技术的优点,在提升MFCs产电性能的同时具有产水的性能,引起了研究者的广泛关注。但正渗透膜的浓差极化等缺点阻碍了其进一步的应用。本文着眼于降低正渗透过程的浓差极化,通过对膜材料的改性,以达到提高正渗透膜水处理能力以及提升Os MFCs性能的目的。通过对聚砜材料的化学接枝,在基膜中引入亲水性的磺酸基团,提高基膜亲水性,研究基膜亲水性对正渗透膜内浓差极化的影响;而后将改性的正渗透膜作为Os MFCs的隔膜,研究其对Os MFCs产电性能的影响,以及Os MFCs的水处理性能。首先通过化学接枝三种不同分子量的聚苯乙烯磺酸钠(SPS)于聚砜(PSF)上,在PSF分子链中引入磺酸基团,提高其亲水性。通过表征改性后基膜的亲水性,改性材料的红外表征不同分子量的SPS接枝反应的活性。结果表明低分子量的聚苯乙烯磺酸钠SPS7w接枝反应活性较高,膜材料具有较高的亲水性。1%浓度的SPS7w接枝聚合的膜材料所制备的基膜平均接触角为55.40o,其制备的正渗透膜在FO模式下,汲取液为0.5M Na Cl,原料液为去离子水时达到了17.2LMH,盐通量为4.3g MH。为提高正渗透膜的机械强度,本课题在基膜内包埋了380目的PET筛网,通过对其力学性能测试发现,包埋了PET筛网的基膜力学性能更好,其断裂伸长率、抗拉强度分别达到了59.32%、38.67N/cm2。为该正渗透膜的实际应用提供了坚实的基础。将正渗透膜引入Os MFCs中,测试了正渗透膜的传质性能及Os MFCs的产电性能及水处理性能,实验发现正渗透膜的产电性能明显优于nafion质子交换膜为隔膜的MFCs,正渗透过程水的过膜运动带动了质子向阴极的传递,降低了电池内阻。其中亲水性较好的SPS7w-g-PSF膜产电性能最好,电流密度达到了1.06A/m2,功率密度达到了0.169W/m2,高于nafion膜2倍以上,且Os MFCs通量高达11LMH。并且由于水的渗透作用,阳极能够始终保持厌氧环境。对比Os MFCs运行前后正渗透膜的水通量,其衰减仅11.3%~12.6%之间,且截留率有明显的提升。