带间隔臂的荷负电超滤膜在水处理中的应用

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本研究选取不同截留分子量的商业再生纤维素(RC)超滤膜,经过特定的化学改性反应得到带有间隔臂的荷负电改性超滤膜,并对膜的各特性参数,如 Zeta电位、荷负电基团接枝情况、亲疏水性、水透过系数和膜孔径大小等,进行了表征。在本实验室证实荷负电超滤膜能有效去除 NOM和减轻膜污染的基础上,进一步研究了带间隔臂的荷负电超滤膜回收水中染料小分子以及对水中天然有机物与重金属同时去除的可能。  大多数水溶性染料的分子量在几百到一千范围内且一般带负电荷,利用孔径截留和静电排斥的协同作用,荷负电的超滤膜可望实现对染料小分子的回收。研究比较了30 kDa的不同间隔臂长度的荷负电RC膜和未改性的近中性 RC膜对不同荷负电量的染料小分子的截留效果以及膜通量衰减情况。此外,还考察了离子强度对超滤实验的影响,并进行了模型计算。得到以下结论:(1)荷负电超滤膜在孔径截留和静电排斥的协同作用下,有利于提高染料小分子截留率并且减轻膜污染。(2)相比间隔臂长度较小的膜,间隔臂较长的膜对染料小分子的截留率更高。(3)溶液离子强度越大,荷负电膜对染料小分子的静电屏蔽作用越大,荷负电膜对染料小分子的截留率越低,实验结果与模型计算结果基本吻合。(4)相比所带电荷量较小的染料小分子,荷负电膜对所带电荷量较大的染料小分子的截留率更高。  选用腐殖酸作为 NOM的代表物质,利用腐殖酸和重金属离子的络合作用,研究荷负电改性膜同时去除溶液中腐殖酸和金属离子(铅离子、镍离子)的可能,主要考察了腐殖酸金属离子络合作用、pH值、离子强度、腐殖酸重金属浓度比和膜荷电等对腐殖酸和金属离子截留率的影响,并进行了膜污染研究。得到如下结论:(1)重金属离子与腐殖酸共存时,荷负电超滤膜对混合溶液中腐殖酸的截留率有一定程度降低,重金属离子的截留率却得到一定程度提高。(2)在酸性及中性溶液环境下,随着 pH值的升高,荷负电超滤膜对腐殖酸和重金属离子的截留率都提高。(3)离子强度升高会导致静电屏蔽作用增强,荷负电超滤膜对腐殖酸和重金属离子的截留率都降低。(4)腐殖酸重金属离子浓度比升高,腐殖酸 Zeta电位升高,与腐殖酸络合的重金属离子总量变大,荷负电膜对两者的截留率都升高。(5)荷负电改性膜对腐殖酸以及重金属离子的截留率均高于未改性膜。(6)荷负电改性膜的膜通量衰减比未改性膜少,即膜污染更轻。pH值的降低会使得膜污染现象加重。  研究结果表明,带间隔臂的荷负电 UF膜能有效应用于染料小分子的回收以及重金属和NOM的同时去除,提高荷负电小分子的截留率并减轻膜污染。这方面的研究有效拓宽了带间隔臂的荷负电超滤膜的应用领域。
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