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渗透蒸发是一种节能高效的膜分离技术,特别适用于同沸物、同分异构体和热敏物质的分离,可作为含酚废水生物处理前的预处理。本研究目的是设计并制备出适合于处理含酚废水中苯酚的渗透蒸发复合膜,使酚浓度降低至可生化处理阶段微生物能承受的范围。以渗透蒸发分离苯酚为目标,采用动态负压法制备了硅烷化改性ZSM-5沸石/聚二甲基硅氧烷/聚偏氟乙烯(S-ZSM-5/PDMS/PVDF)中空纤维膜复合膜。研究了ZSM-5硅烷化反应、沸石浓度及涂覆时间对渗透蒸发性能的影响。当ZSM-5的浓度从0 wt%增加到50 wt%时,膜的水接触角从99°增加到132°。SEM图像表明,在不同的涂覆时间下,分离层的厚度具有明显的差异。当涂覆时间从10 min延长至60 min时,苯酚通量和水通量均下降,而分离因子上升。综合考虑通量和分离因子,选择ZSM-5填充浓度为40 wt%,涂覆时间为60 min。以渗透通量和分离因子为评价指标,探究苯酚浓度、进水温度、膜后压力等操作条件对渗透蒸发性能的影响。苯酚浓度1 g/L,料液温度80℃,膜后侧运行压力5 k Pa时,分离因子达到4.56,苯酚通量为5.78 g/(m2·h)。在此条件下运行20个周期后,分离因子下降13.2%,复合膜的渗透蒸发效果下降。为了提高复合膜的机械性能和渗透蒸发系统稳定性,将陶瓷膜的机械性、耐热、化学稳定性与聚合物的选择性相结合,设计一种新型无机/有机杂化膜材料。硅烷偶联剂分子包含可同时连接有机材料与无机材料的两种化学官能团,可作为连接有机与无机材料两相界面的功能性物质。以氧化铝支撑氧化锆(ASZ)陶瓷膜为基膜,通过XRD和SEM-EDS表征方法分析乙烯基三甲氧基硅烷(VTMS)改性ASZ陶瓷膜的结构、微观形貌和表面元素。根据XPS、FTIR和TG-DSC结果证明硅烷分子VTMS与ASZ陶瓷膜表面羟基(-OH)发生化学反应,生成了稳定的化学键(Si-O-Zr)。为制备一种具有良好的化学稳定性,分离性能,不溶胀和不可压缩特性的新型陶瓷支撑聚合物(CSP)复合膜。通过醋酸乙烯酯单体(VAc)接枝聚合反应和PDMS硅氢加成反应在VTMS硅烷化ASZ膜上成功制备了聚合物层(聚乙酸乙烯酯(PVAc)或聚二甲基硅氧烷(PDMS)层)。通过XRD、SEM-EDS和接触角表征方法对PVAc/VTMS/ASZ和PDMS/VTMS/ASZ两种陶瓷复合膜的结构、微观形貌和疏水性进行分析。通过FTIR、TG和XPS表征手段研究聚合物与VTMS/ASZ陶瓷膜的接枝机理。通过对比两种CSP复合膜的渗透蒸发性能。选择性能较好的PDMS/VTMS/ASZ陶瓷复合膜进行渗透蒸发条件(进料液温度、渗透侧压力、进料液循环流速)的探究。当进料液中苯酚浓度为1458-1561mg/L,进料液温度80℃,渗透侧压力3 k Pa,循环流速为190 m L/min时,PDMS/VTMS/ASZ陶瓷膜渗透蒸发性能最佳,酚通量为10.09 g/(m2·h),分离因子为3.9。对PDMS/VTMS/ASZ陶瓷膜渗透蒸发传质过程进行研究,结果表明总传质系数K随管内料液Re的关系可近似认为呈指数关系上升。随着进料液流速增加,液膜边界层的传质系数kl增大,膜内的传质系数km几乎不受影响。PDMS/VTMS/ASZ复合膜渗透蒸发系统运行43 h后,含酚废水中苯酚浓度由1690 mg/L降至206.64 mg/L,去除率达到87.78%,此时已满足生化处理阶段对酚浓度要求。