电辅助聚乙烯醇改性煤基炭膜处理含油废水的研究

来源 :大连海事大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qaz_wsx_123
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含油废水的来源广泛,排放量大,若不加以适当处理排入环境中会对自然环境和人类健康构成严重威胁,其中乳化含油废水更是处理的重点和难点。近年来,膜技术因其操作简单、处理高效等特点已成为乳化含油废水处理的热门选择,但一直存在着处理过程中膜污染严重,渗透通量与油去除率不理想等问题。在本研究中,以煤基炭膜作为基膜,利用超亲水性聚合物聚乙烯醇对其进行亲水改性,在制得最佳改性膜的基础上利用煤基炭膜自身良好的导电性,将亲水膜与施加电势辅助的方法相结合,使膜组件的处理性能进一步提升。电辅助下的改性膜在处理乳化油溶液时展现出优良的性能,即对乳化油实现了高效去除,又具有较好的抗油污染性,为乳化含油废水的处理提供了一种绿色、低成本、高效稳定的方法,主要研究内容如下:(1)利用聚乙烯醇对炭膜进行亲水改性,通过扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱和X射线光电子能谱分析等表征分析方法,对改性前后膜的表面形貌和化学官能团变化进行了分析,可证明改性后聚乙烯醇与炭膜间发生了共价键结合被牢固接枝在炭膜表面;另外考察了四个重要改性条件(聚乙烯醇浓度、交联剂浓度、交联温度和交联时间)对改性膜亲水性和处理乳化油性能的影响,最终确定了最佳改性条件为聚乙烯醇浓度10mg/m L、交联剂戊二醛浓度0.1 wt%、交联温度70℃、交联时间45 min。改性后炭膜的亲水性、抗油污染性和除油能力较原炭膜具有明显提升,空气中水接触角由原来的76.3°减小至34.8°,纯水渗透通量由原炭膜的1865 L/m~2·bar·h提升至3185 L/m~2·bar·h。改性膜在1.5 m L/min的流速下处理200 ppm乳化油时,运行240 min膜渗透通量降至初始值的48.53%,比相同条件下原炭膜运行35 min渗透通量就降至初始值的10%具有明显提高。改性后炭膜的油去除率从93.00%提升至95.87%。(2)在膜上施加电势的方法使改性膜同时具备分离膜和电极的双重功能,进一步提高了改性膜的处理性能,延长了膜的使用寿命。在改性膜上施加阴极电势的最佳实验条件为:电压-3 V,电极间距4.0 cm,电解质Na2SO4浓度0.1 mol/L。改性膜组件在1.5m L/min流速下处理200 ppm乳化油时,运行240 min膜渗透通量降至初始值的89.66%,是不施加电势时的1.85倍,油去除率提升至99.7%;改性膜上施加阳极电势时的最佳实验条件为:电压+2 V,电极间距4.0 cm,电解质Na2SO4浓度0.1 mol/L,在相同处理条件下运行240 min,膜渗透通量可保持在初始值的67.27%,是不施加电势时的1.39倍,油去除率达98.6%。经分析发现,施加阴极电势时膜组件处理性能的提高是单纯依靠同性电荷排斥力的作用。而当改性膜上施加阳极电势时,油滴微粒可在膜表面及孔隙内被电化学氧化所降解,当降解速率与膜污染速率平衡时,膜渗透通量达到稳定。另外,进一步考察了膜组件的恢复再生性能,进行了膜污染分析,结果表明:膜改性和电辅助的方式都可有效提升膜组件的重复利用性,两种方式的结合可进一步提高膜组件在除油和抗油污染方面的能力,抑制不可逆污染产生,增强膜组件的恢复再生性能。
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