氧化石墨烯膜对污水中PPCPs的去除性能研究

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污水中的微量有毒有机物可导致污水再生利用中的水质风险,限制了再生水的安全利用。纳滤膜分离技术是去除水中微量有机物(如PPCPs)的有效方法,但传统纳滤膜的缺点使得新型膜材料的开发十分必要。氧化石墨烯(GO)膜具有水通量较高、抗污染强、耐氯性强等潜在优势,应用前景良好。本研究以PVDF膜为支撑层,采用真空抽滤法制备了非交联GO膜和EDA-GO交联膜。采用SEM、FTIR、XRD等手段对GO膜材料进行表征分析。选取氯霉素(CAP)、青霉素(PNC)和红霉素(ERY)作为PPCPs的代表,考察了GO膜对不同PPCPs的去除规律,以及共存无机阳离子、p H等水质条件和错流过滤等水力条件对GO膜去除PPCPs的影响。通过表征分析,证明EDA-GO交联膜中成功引入了层间交联剂,使其稳定性明显高于非交联GO膜。研究表明,EDA-GO交联膜对电中性的CAP、带负电的PNC和带正电的ERY的去除率分别为57%、92%和81%。交联膜对小分子有机物的截留机理主要为位阻效应或位阻效应和静电效应的综合作用。GO负载量为100 mg·m-2的EDA-GO交联膜对PPCPs的去除率最高。低浓度(10 mmol·L-1)的Na+会导致交联膜的出水通量增加(7%-14%),但对PPCPs的去除率没有显著影响。Ca2+可降低交联膜的出水通量(1%-13%),并提高其对CAP和PNC的去除率。Mg2+和高浓度(200 mmol·L-1)的Na+对出水通量和PPCPs的去除率影响较小。在p H值6-9的范围内,p H的升高会导致过滤CAP和PNC溶液时的出水通量升高,但CAP的去除率下降而PNC的去除率升高;ERY的出水通量和去除率受p H变化的影响不明显。交联膜过滤混合PPCPs溶液时,CAP去除率低于单一PPCPs溶液,但PNC与ERY去除率与单一PPCPs溶液类似。交联膜过滤低浓度(500μg·L-1)PPCPs溶液时,膜的J/JUP和PPCPs的去除率均高于高浓度PPCPs溶液。在实际再生水的水质条件下,交联膜对PPCPs的去除率高于纯水配制溶液中的PPCPs,但膜的J/JUP低于纯水配制的溶液。在错流过滤模式下,GO膜对PPCPs的去除效果不如死端过滤模式。
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