基于界面相互作用能对膜污染的预测分析研究

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膜分离技术是一种新型水处理技术,由于其优异特性,其在水处理方面获得越来越广泛的应用。尽管如此,膜分离过程中存在的膜污染问题仍是限制其应用的瓶颈问题。因此,研究者努力开发出各种理论和方法以解决膜污染问题。扩展的德亚盖因-兰多-弗韦-奥弗比克理论(The extended Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek,XDLVO)可以定量解析界面之间的相互作用,因而有助于理解膜污染机制并提供膜污染问题的解决思路。  论文收集了近年来XDLVO理论解析膜与污染物表面自由能相关文献报道的数据,利用已有参数计算并进行数据统计分析,总结出不同膜材料和不同污染物在进行膜法水处理过程中容易发生膜污染的顺序,并调查了膜分离过程中溶液条件对膜污染的影响。论文进一步提出目前研究中存在的问题,并对XDLVO理论在膜污染问题解析方面的研究进行了展望。  本文又考察了物理和化学间的相互作用对有机物膜污染的影响,膜和污染物的界面相互作用主要采用XDLVO理论来作定量分析,其中以海藻酸钠和腐殖酸为模型污染物,考察了不同溶液条件下(pH值,离子强度,钙离子浓度),膜和污染物的界面相互作用。研究发现,在过滤过程中,纳滤膜的污染程度既受物理条件,也受化学条件的影响。当对海藻酸钠进行过滤实验时,膜的初始通量衰减主要受到物理条件(跨膜压差)的影响。此时,在膜污染的初始阶段,膜与污染物之间的相互作用可以被忽略。相反地,对腐殖酸进行过滤时,膜通量的衰减可以更好地用表面自由能来预估。而且,在长时间过滤中,污染物之间的相互作用通过膜表面滤饼层的形成影响着最终的污染程度。在纳滤膜过滤有机物溶液时,膜和污染物的相互作用极大地影响着膜的初始通量的衰减。最后,可以通过实验结果来更好的解释纳滤膜的通量衰减。  论文进一步通过XDLVO理论分析混合有机污染物对膜污染的影响,对HA、SA、BSA三种典型的自然界高分子及其不同比例的混合物及使用的PVDF膜进行了界面能分析,并通过过滤实验验证通量衰减与界面能的对应关系。可以看出,通过XDLVO理论预测不同溶液条件下不同比例的污染物的膜污染是有效的。
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