论文部分内容阅读
膜分离是一项新兴的、迅速崛起的分离技术,该技术具有高效的分离特性,已广泛应用于水处理、生物、食品、医药、化工等领域。在膜分离过程中,有机物质极易附着在膜表面、堵塞膜孔道,对分离膜通量造成影响。针对膜污染问题,目前常用的方法是物理、化学清洗,但该过程势必会增加运行成本,使工艺过程复杂化,这对生产过程是不利的。光催化、电催化是环境友好型的催化氧化技术,可有效降解农药、染料、酚类等有机物质,将其直接矿化为二氧化碳和水,且光、电催化技术结合还能产生协同作用,有利于催化效果的进一步提高。本文将膜分离与光电催化氧化技术耦合,以期在膜分离过程中缓解膜污染,提高膜使用寿命。本文以A1203平板膜为支撑体,制备了两种复合功能陶瓷纳滤膜,它们分别为石墨烯/Sb-N-TiO2/Sb-SnO2/A型分子筛/A1203陶瓷纳滤膜和石墨烯/Zn-Sb-SnO2/A型分子筛/A1203陶瓷纳滤膜。石墨烯/Sb-N-TiO2/Sb-SnO2/A型分子筛/Al203陶瓷纳滤膜,是以氯化亚锡、钛酸四丁酯、氧化石墨烯为前驱体,采用刮擦晶种、水热合成、溶胶-凝胶及浸渍涂敷技术制得。通过SEM、EDX、XPS、XRD、TG、IR、UV-Vis和CV等表征手段对该复合陶瓷膜表面进行分析,结果表明石墨烯/Sb-N-TiO2/Sb-SnO2材料已成功负载在复合陶瓷膜表面,金红石型Sn02及光催化效果最好的锐钛矿型TiO2赋予了该陶瓷纳滤膜良好的光电催化性能,复合陶瓷膜膜面平整、均匀,平均孔径为2 nm。实验以高盐直接红31染料废水为研究对象,探讨了影响膜分离过程的多个工艺参数。当跨膜压差为0.7 MPa、电压为1.2 V、光源电流为15A、盐含量为4%、溶液pH为6、染料初始浓度范围为20～30 mg·L-1时,在间歇光电催化条件下(运行1 h,关闭1h交替进行),石墨烯/Sb-N-TiO2/Sb-SnO2/A型分子筛/A12O3陶瓷纳滤膜对高盐直接红3 1染料废水处理效果较好。与单独膜分离过程相比,光电催化和膜分离耦合工艺运行条件下膜通量提高100%以上,光电协同催化降解堵塞在膜孔内及膜表面的污染物质,极大缓解了膜污染。在该实验条件下,染料直接红31截留率超过99%,实验所得渗透液无色透明,无机盐NaCl的截留率在1%以下,实现了盐和有机物的分离。石墨烯/Zn-Sb-SnO2/A型分子筛、A1203陶瓷纳滤膜,是以氯化亚锡、醋酸锌、氧化石墨烯为前驱体,通过刮擦晶种、水热合成、溶胶-凝胶及浸渍涂敷法制备而成。SEM、EDX、 XRD、TG、IR、UV-Vis和CV等表征手段表明石墨烯/Zn-Sb-SnO2材料已成功负载在复合陶瓷膜表面,Zn元素除了以ZnSnO3的形式掺杂进Sn02晶格,增加晶体结构缺陷,增强电催化性能外,还形成了具有光催化性能的ZnO晶体,该复合功能陶瓷膜光电催化性能良好,膜面均匀、平整,平均孔径为2 nm。以高盐直接红B染料废水为目标物,研究了跨膜压差、染料初始浓度、盐含量等影响膜分离过程的运行工艺参数,结果表明当跨膜压差为0.7 MPa、电压为1.2 V、光源电流为15A、盐含量为4%、溶液pH为7、染料初始浓度范围为20-30 mg·L-1时,在间歇光电催化条件下(运行1 h,关闭1.5 h交替进行),石墨烯/Zn-Sb-SnO2/A型分子筛/A1203陶瓷纳滤膜对高盐直接红B染料废水处理效果较好,膜污染得到了极大缓解,相较于单独膜分离,光电协同催化下,膜通量提高100%以上。实验所得渗透液无色透明,染料直接红B的截留率在99%以上,NaCl的截留率不到1%,实现了盐和有机物的分离,有利于染料、盐分的回收利用。