典型纳米材料改性高压膜的制备及其对工业废水脱盐特性研究

来源 :中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:wanshilong111
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高压膜(纳滤(NF)反渗透(RO))技术在石油、石化废水回用与外排脱盐方面扮演着重要作用。膜材料是实现其高效分离的关键,而现有的聚合物膜材料的渗透性和选择性之间存在折衷效应,高渗透性聚合物膜通常选择性较差,反之亦然。因此,探索新的膜材料和制备方法对于实现石油、石化废水的高效回用和外排具有非常重要的意义。本研究首先将氧化石墨烯(GO)及氨基化氧化石墨烯(NGO)掺入聚砜(PSf)支撑膜中,在支撑膜表面利用哌嗪(PIP)和均苯三甲酰氯(TMC)进行界面聚合制备活性层,探讨了不同浓度的GO/NGO对PSf支撑膜和GO/NGO混合基质NF膜性能的影响。其次,通过TMC交联对苯二胺(Pa)与三醛基间苯三酚(Tp)原位形成的共价有机骨架(COF)制备了新型的COF基脱盐(COFs)膜。最后把上述优化制备的GO/NGO混合基质NF膜和COFs膜应用于页岩气压裂液返排液外排和炼油废水回用脱盐处理。实验结果表明:(1)在最佳GO(0.05 wt.%)和NGO(0.075 wt.%)添加浓度下制备的NF膜,通量分别为44.93和49.30 L/m~2·h,与未添加GO/NGO的NF膜相比,通量分别增加了15.6%和26.9%,盐的截留率没有显著地降低。主成分和相关分析表明,两种膜的表面粗糙度,孔径,孔隙率和支撑膜接触角之间都具有强的相关性。支撑膜的孔径和接触角会影响聚酰胺(PA)层的厚度及表面交联度,进而影响NF膜的性能。由于NGO中的氨基可以与TMC酰氯基团发生反应,使得聚酰胺层的交联度较低,膜表面疏松,因此NGO混合基质NF膜的水通量更大,性能更佳。(2)COFs膜可通过TMC原位交联COF-Tp Pa层,缝合COF晶体之间的缺陷,以提高对Na Cl的截留。添加TMC单体后,由于在交联过程中出现了纳米空隙,因此在膜表面同时观察到了小的球形结节和一些细长的“叶状”特征。所得的COFs膜具有约0.81 L/m~2·h·bar的水渗透性,在5bar下,对Na Cl截留率从可忽略不计提高到93.3%。机理分析表明,在酮式COF中的仲胺与TMC发生酰胺化反应,在COF的空腔和外部形成了高度多孔的网络结构,成功地形成了一个连续且含纳米空隙的脱盐选择层。(3)采用上述优化制备的高压膜对燕山石化超滤(UF)出水以及威远压裂液返排液的脱盐实验表明GO/NGO混合基质NF膜对二价离子的截留率高于89.5%,对一价离子的截留率高于50%。COFs膜对二价离子的截留率高于91.2%,对一价离子的截留率高于87.9%。研究结果对混合基质膜及COF膜在废水回用及外排研究有着积极的指导作用。
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