【摘 要】
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由于单价选择性阳离子交换膜对单价阳离子具有选择透过性,因此可将其用于工业废水中特定离子的去除、提取与回收。但商品化的单价选择性阳离子交换膜不仅价格高昂而且单价选择性也有待进一步提高,因此制备低成本、高选择性、性能稳定的单价选择性阳离子交换膜非常必要。本研究改性制备了一种单价选择性阳离子交换膜,并通过电渗析试验,证明该方法具有一定的实用价值。主要成果如下:(1)采用单因素实验,以吡咯(0.3 mol
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由于单价选择性阳离子交换膜对单价阳离子具有选择透过性,因此可将其用于工业废水中特定离子的去除、提取与回收。但商品化的单价选择性阳离子交换膜不仅价格高昂而且单价选择性也有待进一步提高,因此制备低成本、高选择性、性能稳定的单价选择性阳离子交换膜非常必要。本研究改性制备了一种单价选择性阳离子交换膜,并通过电渗析试验,证明该方法具有一定的实用价值。主要成果如下:(1)采用单因素实验,以吡咯(0.3 mol/L)和壳聚糖(5 g/L)为改性材料,以戊二醛(2.5%w/w)为交联剂,以表面浸渍法改性制备单价选择性阳离子交换膜。通过静态电渗析试验,得出改性所需最佳氧化剂为0.8 mol/L的Na2S2O8,浸渍时间为6 h,交联时间为16 h。在最佳条件下制备的改性膜经过静态电渗析2 h后H+的透过率为79.88%,Zn2+的泄漏率仅为1.59%,选择透过性系数PZnH+2+达到50.24,选择分离效率SH+Zn2+为96.10%。(2)通过表面观测和常规性能测试,比较原膜与改性膜的差异。红外光谱分析显示改性膜较原膜一些特征峰强度明显增强。扫描电子显微镜和原子力学显微镜显示改性膜较原膜表面更加平整致密,表面粗糙度也有所下降。离子交换容量、含水率、溶胀度较改性前均有所下降,接触角、膜厚度、化学稳定性较改性前均有所升高,且运行稳定性良好。(3)通过动态电渗析实验,验证改性膜对酸性重金属废水的处理效果。结果表明,控制各室进水流量为25 L/h(对应流速为0.49 cm/s),电流密度为20 m A/cm~2稳流运行时处理效果最佳,在H+透过率为80%时,Zn2+和Cd2+的泄漏率分别为4.76%与4.57%,P(H+/Zn2+)和P(H+/Cd2+)分别为80.00与83.55,S(H+/Zn2+)和S(H+/Cd2+)分别为88.76%与89.19%,运行时间为127分钟,能耗为0.0326 Kw·h/L,电流效率为64.52%。(4)比较了三种由不同种类膜组成的电渗析模块对酸性重金属废水的处理效果与适用范围,结果表明两种改性膜的适用范围比商品膜更广,且本实验最佳改性膜的选择分离性能优于聚吡咯改性膜,同时本实验最佳改性膜处理效果明显优于商品膜。(5)通过中试电渗析实验,验证改性膜对酸性重金属废水的处理效果。结果表明,稳压40 V运行,控制循环流量为4 m~3/h(对应流速为6.98 cm/s)时处理效果最佳,在H+透过率为80%时,Zn2+和Cd2+的泄漏率分别为6.19%与6.03%,P(H+/Zn2+)和P(H+/Cd2+)分别为60.62与62.33,S(H+/Zn2+)和S(H+/Cd2+)分别为85.64%与85.98%,运行时间为130分钟,能耗为0.0279 Kw·h/L,电流效率为63.70%。可满足处理要求,为工程应用电渗析处理酸性重金属废水并资源化回收酸提供了技术支撑。
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