【摘 要】
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膜分离技术是处理含油废水的重要技术,但是现有分离膜材料存在分离效率较低和膜污染较严重的问题,严重制约着膜法油水分离技术的进一步发展。本论文采用超顺排碳纳米管(SACNT),基于界面改性和电辅助抗污染原理,研究制备了不同种具有特种润湿性的新型导电分离膜,旨在实现高效油水分离效能的同时抑制膜污染的发展;并基于典型有机污染物开展电辅助抗污染行为研究,解析了不同导电膜在电辅助作用下的抗污染机理。基于SAC
【基金项目】
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北京市自然科学基金面上项目“基于纳米材料非均质梯级接枝的超亲水疏油膜制备及抗污染机理研究”(编号:L182026);
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膜分离技术是处理含油废水的重要技术,但是现有分离膜材料存在分离效率较低和膜污染较严重的问题,严重制约着膜法油水分离技术的进一步发展。本论文采用超顺排碳纳米管(SACNT),基于界面改性和电辅助抗污染原理,研究制备了不同种具有特种润湿性的新型导电分离膜,旨在实现高效油水分离效能的同时抑制膜污染的发展;并基于典型有机污染物开展电辅助抗污染行为研究,解析了不同导电膜在电辅助作用下的抗污染机理。基于SACNT阵列和层层堆叠技术,制备了具有不同堆叠层数的非极性SACNT膜,并对其理化性质和分离性能进行了系统表征。结果表明,200层SACNT膜在保持截留性能优于0.22μm商业膜的同时,获得了显著更高的清水比通量(约为14.4×10~6 m s-1 k Pa-1),达到商业膜的~2.3倍。此外,SACNT膜具有在空气中疏水亲非极性油滴的表面特性,能够有效分离油水乳液,但其在油水分离过程中的渗透通量较低。基于SACNT膜和纳米SiO2自组装接枝原理,制备了具有超亲水/水下超疏油特性的SiO2/SACNT纳米复合膜。接触角测试表明,SiO2/SACNT纳米复合膜具有超亲水(~0°)和水下超疏油(~155°)的表面润湿特性。水下油滚动实验和油水混合物分离研究结果表明,SiO2/SACNT纳米复合膜具有超低的油粘附力和优异的油水分离性能。十周期油水乳液分离实验结果表明,与SACNT膜相比,SiO2/SACNT纳米复合膜的比通量显著更高,且表现出良好的抗不可逆污染性能。针对含油废水中典型有机污染物,系统考察了SACNT膜和SiO2/SACNT纳米复合膜在电辅助膜分离过程中的抗污染行为。在混合模型污染物污染研究中,两种导电膜(作为阴极)在电辅助作用下的跨膜压差增长速率显著降低,表明外加电场有利于减缓膜污染的发展。膜污染阻力分析表明,外加电场有利于抑制不可逆污染的积累。电场作用、污染物表面Zeta电位的改变以及Ca2+/Mg2+与污染物之间的络合作用等是影响膜污染发展的主要因素。
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