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重金属Cr(Ⅵ)具有高毒性、持久性、生物蓄积性等特点,即使以很低的浓度存在于水体中,也会因生物链终端富集而导致人体慢性中毒,甚至致癌、致畸、致突变,严重危害人类健康和生态安全。含Cr(Ⅵ)废水的传统治理方法操作繁琐,二次污染严重。基于液膜原理发展起来的聚合物包容膜(Polymer inclusion membrane,PIM)分离技术,集萃取与反萃同步,是一种环保的分离方式,在含Cr(Ⅵ)废水治理中有良好的应用前景。PIM与电驱动耦合下,能极大地提升PIM的传质能力,将其应用于含Cr(Ⅵ)废水的无害化处理及资源回收,具有极其重要的研究意义。基于此,本文探讨了低压电驱动PIM对水相中Cr(Ⅵ)的传质研究。主要的研究内容如下:(1)制备了以三甲基辛基氯化铵(Tricapryl(methyl)ammonium chloride,Aliquat 336)为载体的聚合物包容膜(PAV-PIM),考察了正辛醇(1-octanol,OCT)等四种添加剂对PAV-PIM传质性能的影响,研究了电驱动下PAV-PIM对Cr(Ⅵ)的传输行为。结果表明:随着膜内载体Aliquat 336含量增大,PAV-PIM对料液相中Cr(Ⅵ)的去除率增加,但Cr(Ⅵ)在膜内的残留量增大。外电压驱动能显著提高PAV-PIM膜对Cr(Ⅵ)的传质效率。OCT能降低PAV-PIM膜中Cr(Ⅵ)的残留,在Aliquat 336与OCT的含量比为0.4:2.0,料液相为pH 1.3的HCl溶液,解析相为0.3 mol/L NaOH水溶液时,PAV-PIM对Cr(Ⅵ)有较高的去除率和回收率,在10 V电压驱动下对Cr(Ⅵ)的渗透系数(P)高达45.73μm/s。(2)研究了在0~30 V的低电压驱动下,以OCT为载体,聚氯乙烯(Polyvinyl chloride,PVC)为支撑体的聚合物包容膜(PO-PIM),对溶液中Cr(Ⅵ)的传输行为。分析了OCT含量与PO-PIM表面及断面微观形貌间的相关性,在优化的传质条件下,考察了PIM电驱传质系统下Cr(Ⅵ)的传质规律和传输机制。研究结果表明:OCT含量超过75%(w/w)的PO-PIM表面及内部呈现出微纳米孔隙。OCT对Cr(Ⅵ)的传质行为符合质子耦合机制。电压驱动有效解决了Cr(Ⅵ)在膜相中的残留,且电压在0~30 V范围内,Cr(Ⅵ)的P随驱动电压的升高而增大。OCT含量为82.8%,料液相和解析相分别为pH 2.0的HCl溶液和0.1 mol/L Na OH溶液环境中,30 V电压下PO-PIM膜对Cr(Ⅵ)的P能达到43.38μm/s。膜相中引入疏水性煤油后,膜运行稳定性显著增强。煤油/OCT/PVC组成比为0.8:2.2:0.5时,30V电压下,PO-PIM在重复第四个周期的初始电流密度升高仅0.1 A,膜两相溶液pH变化微小。(3)在PO-PIM中引入固体塑化剂聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate,PMMA),制备了PMMA/PVC二元共混复合型聚合物包容膜(PMO-PIM)。考察了PMO-PIM在电驱动下对Cr(Ⅵ)的传输行为。通过表面红外(ATR-FTIR)对膜的组成进行分析,以扫描电子显微镜(SEM)观察形貌。研究结果表明:PMMA与OCT间有较强的氢键和偶极-偶极相互作用。当PMMA与PVC的比例为0.1:0.4,载体含量固定为1.4 g时,PMO-PIM传输系统稳定且得到了相对较高的传输速率。随着载体含量逐渐增加,膜结构发生显著的变化。当载体添加量为73.68%时,膜相均质且表面呈现凹凸结构,传输速率最优。40 V电压以内,Cr(Ⅵ)的传输速率随电压增加而增大,超过40 V时传输速率有所下降。在实验条件下的14 h内,PMO-PIM对Cr(Ⅵ)的富集倍数可达到3.33倍,并在Cr(Ⅵ)含量为12~37 mg/L范围内,传质能力保持不变。(4)分别以三醋酸纤维素(Cellulose triacetate,CTA)和PVC为基材,制备了以磷酸三丁酯(Tributyl phosphate,TBP)为载体的PIM,ATR-FTIR分析表明了TBP与PVC间较强的偶极-偶极相互作用,明确了CTA为基础聚合物的PTT-PIM对Cr(Ⅵ)的传质优势。考察了PTT-PIM对Cr(Ⅵ)的电驱传质中,解析相的缓冲溶液组成对传质性能的影响规律,初步验证了醋酸盐体系在电驱传质中的优良作用,和高电压对传输系统稳定性的不利影响。