【摘要】：隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和工業(yè)污染等造成的世界性淡水資源的短缺問題引起了廣泛關注。以反滲透技術為代表的膜脫鹽工藝,已成為最常見的海水淡化技術。與反滲透相比,滲透汽化脫鹽技術具有獨特優(yōu)勢,成為海水淡化和高鹽廢水處理的最有潛力技術之一。但是,目前室溫下高水通量和高鹽截留率(≥99.9%)的滲透汽化膜材料報道較少。二氧化硅膜的孔徑一般為0.30~0.50 nm左右,具有微孔孔徑可設計、可調(diào)控性和優(yōu)異的穩(wěn)定性,適用于膜脫鹽過程�；诤Ｋ瘧妙I域,本文開發(fā)了La/Gd和La/Y共摻雜的SiO_2雜化膜,系統(tǒng)研究了SiO_2雜化膜的制備、表征和脫鹽性能。具體研究內(nèi)容如下:(1)以1,2-二(三乙氧基硅基)乙烷(BTESE)為硅烷前驅(qū)體,摻入稀土La和Gd,以硝酸為催化劑,通過溶膠—凝膠法成功地制備出La/Gd-SiO_2雜化膜。通過優(yōu)化得到膜的最佳制備條件為:溶膠配比為BTESE:(La+Gd):HNO_3:H_2O=1:0.075:0.1:60(摩爾比,La:Gd比為25:75),膜的煅燒溫度為300 ~oC,多孔支撐體的孔徑為100 nm。對于純H_2O,0.3 wt%和3.5 wt%NaCl溶液,在60 ~oC時優(yōu)化制備La_(25)Gd_(75)-SiO_2膜的水通量分別為16.6,14.3和10.2 kg·m~(-2)·h~(-1),NaCl截留率近乎100%。稀土摻雜有利于提高膜的水熱穩(wěn)定性,該膜表現(xiàn)出良好的溫度循環(huán)穩(wěn)定性,在不同鹽溶液中實現(xiàn)水分子和鹽離子的精準篩分。(2)以BTESE,La(NO_3)_3·6H_2O,Y(NO_3)_3·6H_2O和HNO_3為溶膠前驅(qū)體,采用溶膠—凝膠法制備了La/Y共摻雜的微孔SiO_2膜。通過各種表征結果證實,在溶膠凝膠過程中La/Y被摻雜到SiO_2骨架中,形成了水熱穩(wěn)定的Si-O-RE(RE=La或Y)鍵,明顯影響了膜的表面形貌、微觀結構和親水性從而提高膜的脫鹽性能。對于3.5 wt%NaCl溶液,優(yōu)化制備的La_(25)Y_(75)-SiO_2膜(La:Y=25:75,摩爾比)即使在室溫25°C時也表現(xiàn)出高的水通量10.3 kg·m~(-2)·h~(-1)和近乎100%的截留率。與其他條件制備的膜相比,該膜的水接觸角最低(親水性最強),膜孔最小(微觀結構最精細),水滲透過程中的表觀活化能最低(傳質(zhì)阻力最小)。此外,在長達200 h的模擬海水淡化測試中,該膜表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性;且在25-60~oC連續(xù)測試中該膜展示了良好的水熱穩(wěn)定性。稀土摻雜SiO_2雜化膜將在海水淡化和高鹽廢水處理中具有潛在的應用前景。
【學位授予單位】：江西師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：P747;TB383.2
【圖文】：

海水反滲透脫鹽裝置工藝流程示意圖

反滲透（a）和滲透汽化（b）脫鹽工藝示意圖

PV操作模式示意圖

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