膜过滤活性污泥时可逆污染和不可逆污染研究开题报告
2021-08-08 03:03:55
1. 研究目的与意义
纳滤技术具有很多的优越性,是膜技术与科学新兴的值得关注的新兴领域,在工业生产中有着巨大的发展潜力和广泛的应用,是21世纪最有发展前景的高新技术之一,但目前仍存在一些问题,对于纳滤膜的分离机理有很多问题有待研究,其中如何提高纳滤膜的化学稳定性、抗污染性,以及如何提高纳滤膜对大小相近的分子或离子的分离性能仍然是膜分离研究的关键。因此研制性能优异、结构独特的纳滤膜是目前的研究热点。
本研究的目的是研究如何以自制膜和商品超滤膜为基膜,以戊二醛为交联剂制备复合纳滤膜,并研究制膜条件对纳滤膜性能的影响。使用扫描电子显微镜和红外光谱仪测定纳滤膜的表面特征。
制膜工艺上采用复合方法。复合膜具有下述优点,已成为复合纳滤膜领域的研究热点:
2. 国内外研究现状分析
1. 国外的研究概况 在日本、美国等国家,纳滤膜的研究有了很大的进展,已经达到了商品化的程度,例如美国Filmtec公司的NF系列纳滤膜、日本日东电工的NTR-7400系列纳滤膜及东丽公司的UTC系列纳滤膜等均是在水处理领域中应用相对广泛的商品化复合纳滤膜。 在聚酰胺类的荷电纳滤膜研究领域中,NTR7250纳滤膜的研制采用了含哌嗪与均苯三酰氯、NaOH和PVA的水溶液界面聚合,在110℃下热处理使PVA不溶解。Kim等以部分中和的聚丙烯酰胺酸为材料,复合膜的皮层通过与聚乙烯醇交联剂形成酯基交联。Nitto Denko1997年的LF-10系列低压抗污染反渗透膜,是在传统的芳香聚酰胺表面复合上聚乙烯醇层,既清除了纳滤膜表面的负电性,又提高了纳滤膜的耐氯性、亲水性,从而大大改变了膜的抗污染性能。Colqhouln等合成出了一种新型化学物-亲水性的聚叶立德,该化合物具有类似于聚芳香酰胺的结构特征:分子链呈现刚性,易交联,含有亲水性基团。该化合物同样可以通过在界面聚合的方法于超滤膜表面形成薄层,形成复合膜。经研究表明,纳滤膜的性能与支撑膜性质有很大的关系。 采用磺化结构是纳滤膜研究的另一领域。如General Electric公司研发的磺化聚苯醚膜是用2,6-二甲基聚苯醚树脂引入磺酸基制备的,研究发现膜性能主要取决于膜的含水量和-SO3H的离子交换容量,IEC越高膜截留率越小,透水性越大。在磺化聚砜为膜材料的大量研究基础上,最近还有以羧基化聚砜为膜材质的纳滤膜。Hamza等制备了磺化聚苯醚复合纳滤膜;在表面改性领域有Becker等将聚丙烯腈超滤膜改性成荷电纳滤膜。 另外无机材料制备出的纳滤膜也引起了人们的关注,由于其与高分子材料相比,无机材料具有耐化学试剂、耐高温的特点。Guizard将聚硅氧烷与聚磷酸盐沉积在无机微滤膜上制备出复合无机纳滤膜,该膜对NaCl截留率为10%-20%,截留的相对分子量约为800.Larbot制备的孔径为0.5-2.0nm的γ-氧化铝微滤膜表面作用形成硅烷层,大大改变了膜的截留性能。 2国内的研究概括 在我国,对于纳滤过程的理论研究较早,但对于纳滤膜的开发仍处于初步阶段。我国对纳滤膜技术的研究开始于90年代初,下面始对我国十年来纳滤膜研制技术的研究进展总结。 (1) 醋酸纤维素类纳滤膜 周金盛等用相转化法制备出了醋酸纤维素(CA)-三醋酸纤维素(CTA)不对称纳滤膜。研究CTA与CA比例,混合溶剂比例,制膜条件和添加剂等因素对纳滤膜性能的影响。刘玉荣等对机制CA纳滤膜连续成膜工艺进行了探索,确定了出连续制备CA纳滤膜的工艺条件。 (2)复合纳滤膜 高从堵在国内最先采用界面缩聚法制备出了芳香族聚酰胺复合纳滤膜,且最先指出该膜对于MgSO4脱盐率优于NaCl,并可用于水软化。宋玉军等也采用了多元胺与多元酰氯在基膜上界面聚合制备出复合PA01与PA02纳滤膜。 (3)荷电纳滤膜 a.荷负电纳滤膜 俞三传等以聚醚砜为材料,经异相和均相磺化制备出磺化聚醚砜,并且采用了浸涂法制备出荷负电复合型磺化聚醚砜纳滤膜。系统主要研究了磺化聚醚砜复合纳滤膜的制膜条件,制备出了具有高通量,对中低分子量有机物有优异截留性能的纳滤膜。夏冰等用在侧链上带有亲水性酚酞基的聚芳醚砜经硫酸磺化制备了磺化聚芳醚砜,再用磺化聚芳醚砜制备出荷负电纳滤膜。鲁学仁等用丙烯酸丙烯腈共聚物为荷电材质,用聚砜酰胺为基膜制备了荷负电纳滤膜。对荷电剂浓度、共聚物的合成、反应时间和反应温度等制膜条件进行了系统实验,同时还研究了荷电膜离子交换容量与膜性能的关系。制备的膜在0.6MPa下,对自来水脱盐率为40-50%,水通量为5-10mL/(cm2*h)。 b.荷正电纳滤膜 鲁学仁等用胺与环氧化物缩聚物为荷电材质,以聚偏氟乙烯和PSA膜作为基膜,采用浸涂法制备了荷正电纳滤膜。该膜在0.6MPa下,对Na2SO4脱除率大于50%,水通量10-15mL/(cm2*h).该膜的分离性能与进料液PH值密切相关,特别是荷正电纳滤膜用于阴极电泳漆处理,具有优异的抗污染性能。 |
3. 研究的基本内容与计划
聚砜原料价廉易得,制膜简单,有良好的机械强度和抗压密性,且能抗生物降解,目前广泛地应用于超滤膜和复合用多孔支撑膜的制作。本实验选用聚砜膜作为基膜。
本论文的研究是在超滤基膜上,以naoh、十二烷基硫酸钠、海藻酸钠和壳聚糖为表面膜材料,采用与戊二醛、戊二醛-硫酸交联剂的方法制备出化学稳定性的复合纳滤膜。研究内容具体分为:
(1) 膜截留分子量的测定方法研究
4. 研究创新点
本研究采用聚砜超滤膜为基膜,分别研究了海藻酸钠和壳聚糖两种铸膜液制备出的复合纳滤膜的性能。
并且还研究了海藻酸钠浓度,壳聚糖浓度以及交联剂中硫酸的浓度对于纳滤膜性能的影响。
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