【摘 要】
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电渗析是一种以直流电压差为驱动力的膜分离过程,其广泛应用于苦咸水淡化、有机酸回收和废水处理等。电渗析中的膜污染导致膜电阻增加,膜的使用寿命缩短以及能耗增加,这限制了电渗析的应用。由于大多数的有机污染物是带负电的,所以与阳离子交换膜相比,带正电的阴离子交换膜(AEMs)相对更容易被污染。本文从提高AEMs表面的亲水性和改善表面荷电性出发,采用电沉积技术对AEMs进行表面改性,以提高其抗污染性能。首先
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电渗析是一种以直流电压差为驱动力的膜分离过程,其广泛应用于苦咸水淡化、有机酸回收和废水处理等。电渗析中的膜污染导致膜电阻增加,膜的使用寿命缩短以及能耗增加,这限制了电渗析的应用。由于大多数的有机污染物是带负电的,所以与阳离子交换膜相比,带正电的阴离子交换膜(AEMs)相对更容易被污染。本文从提高AEMs表面的亲水性和改善表面荷电性出发,采用电沉积技术对AEMs进行表面改性,以提高其抗污染性能。首先,利用电沉积技术以聚4-苯乙烯磺酸钠(PSS)为改性溶液制备了PSS改性AEMs,研究了PSS浓度对膜性能的影响。结果表明,随着PSS浓度的增大,PSS改性膜表面的亲水性提高,负电荷密度增大,抗污染能力提高。当PSS浓度为1.5 g/L时,改性膜的转变时间最长,为最合适的改性浓度。其次,将Ti O2与PSS的混合溶液用于AEMs改性,得到Ti O2-PSS改性膜。研究发现随着Ti O2浓度的增加,Ti O2-PSS改性膜的亲水性提高,负电荷密度增大,抗污染能力提高。当Ti O2浓度为5 g/L时,Ti O2-PSS改性膜的转变时间最长。膜污染实验结果表明,Ti O2-PSS改性膜经过紫外线照射可以提高其亲水性,并且有利于有机污染物的分解,赋予Ti O2-PSS改性膜一定的自清洁性。最后,利用多巴胺(DA)和PSS的混合溶液对AEMs进行改性,得到PDA-PSS改性膜。结果表明,与未改性AEMs相比,PDA-PSS改性膜表面的光滑程度、亲水性和负电荷密度均得到了提高。当DA浓度为0.375 g/L时,PDA-PSS改性膜转变时间最长,抗污染能力最好。在PDA-PSS改性膜表面沉积一层Ti O2,得到PDA-PSS/Ti O2改性膜。随着DA浓度的增加,PDA-PSS/Ti O2改性膜的亲水性得到明显改善,水接触角从78.4°降低到了14.8°。与未改性AEMs相比,PDA-PSS/Ti O2改性膜表面的负电荷密度得到提高。PDA-PSS/Ti O2改性膜的转变时间在DA浓度为0.75 g/L时最长,抗污染能力最好。同时,膜污染实验结果表明PDA-PSS/Ti O2改性膜具有较好的抗污染稳定性。
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