本文關(guān)鍵詞：正滲透工藝特性與二醋酸纖維素膜的制備與表征

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【摘要】：正滲透作為一種新型的膜分離技術(shù),與納濾、超濾、反滲透等壓力驅(qū)動(dòng)的膜分離技術(shù)相比,無需外加壓力且具有很強(qiáng)的抗污染性能。近些年,正滲透越來越廣泛的被應(yīng)用于廢水處理、海水淡化、食品加工、藥物控制等領(lǐng)域。但正滲透本身的難題也制約著其發(fā)展,如汲取液的選取、內(nèi)濃差極化現(xiàn)象、正滲透膜的制備等,因此有必要對(duì)正滲透的過濾性能及正滲透膜的制備進(jìn)行研究。本課題選取了HTI公司的兩種商業(yè)化FO膜(TFC-ES、CTA-ES),比較發(fā)現(xiàn)TFC-ES膜的性能優(yōu)于CTA-ES膜。將TFC-ES膜應(yīng)用于含鹽水及城市二級(jí)出水,研究正滲透過濾過程中的工藝特性(膜朝向、汲取液的種類及濃度、錯(cuò)流速率)及最佳膜清洗條件,優(yōu)化操作條件以降低濃差極化,減輕膜污染,提高膜性能。同時(shí)通過相轉(zhuǎn)化法制備二醋酸纖維素FO膜并對(duì)其結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行表征,探討不同熱處理溫度、有機(jī)溶劑及添加劑對(duì)FO膜結(jié)構(gòu)和性能的影響。將CA-FO膜與商業(yè)化FO膜應(yīng)用于含鹽水中進(jìn)行對(duì)比。研究結(jié)果如下:(1)以FO模式(活性層朝向原料液側(cè),AL-FS),7.25cm/s的錯(cuò)流速率,1mol/L MgCl2溶液作為汲取液時(shí),TFC-ES膜的純水通量大于9L/m2·h,反向鹽截留率保持在99.90%以上。以NaCl模擬海水,NH4HCO3和葡萄糖兩種溶質(zhì)作汲取液時(shí)FO膜的水通量相對(duì)偏低,為8L/m2·h左右,但TFC膜對(duì)NaCl的截留率可分別達(dá)到99%和88%以上。(2)借助于長時(shí)間的水力沖洗和高錯(cuò)流速率的剪切力去除污染層的物理清洗方法對(duì)正滲透膜是有效的。二級(jí)出水產(chǎn)生的可逆膜污染采用簡單的水力清洗方法,以17.4cm/s的錯(cuò)流速率,去離子水清洗30min后,膜通量恢復(fù)率大于90%。同時(shí)TFC-ES膜對(duì)二級(jí)出水中的溶解性固體(TDS)截留率高達(dá)98%以上,對(duì)金屬離子Al3+和Fe3+的截留率可分別達(dá)到97%和100%,有機(jī)物、總氮和總磷的截留率均在82%以上。(3)膜制備中,經(jīng)80℃熱處理后的CA膜的孔徑明顯比經(jīng)60℃熱處理后的CA膜的孔徑小,后者的水通量和截留率均高于前者。以Dioxane和DMAc作為混合溶劑,DMAc的比例大時(shí)CA膜的孔徑較大,膜較脆,容易斷裂;而Dioxane的比例大時(shí)CA膜表面較致密,孔徑較小,機(jī)械強(qiáng)度高。隨著Dioxane比例的增加,CA膜的水通量呈下降趨勢,截留率呈上升趨勢,在保證一定截留率的情況下,當(dāng)Dioxane和DMAc比例為70/30時(shí)可獲得較高的水通量。(4)添加劑TEP可以改善膜的水通量并有效提高截留率,隨著TEP含量的增加,膜孔結(jié)構(gòu)越來越開放并出現(xiàn)大孔結(jié)構(gòu),水通量增大,但添加量越大,通量衰減越嚴(yán)重,TEP含量為3%時(shí)膜性能最穩(wěn)定,通量維持在16L/(m2·h)左右,截留率可達(dá)到99%以上;添加劑甲醇使CA膜出現(xiàn)大孔結(jié)構(gòu),水通量雖變化不大,但通量衰減嚴(yán)重且截留率下降;添加劑甲酰胺效果較差,膜內(nèi)部結(jié)構(gòu)過于疏松,水通量降至10L/(m2·h)以下,且截留率下降;添加劑PEG是良好的致孔劑,使膜孔結(jié)構(gòu)更為開放,PEG分子量越小,添加量越少時(shí),形成的膜越致密,性能越好。(5)利用激光共聚焦顯微鏡比較CA-FO膜與商業(yè)CTA-ES膜的結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn),其共同點(diǎn)為活性層表面(Z=0)通�？紫恫幻黠@,當(dāng)Z≥3μm時(shí),許多小孔清晰可見。隨著掃描深度的加深(從3-9μm)孔徑和孔隙率逐漸增大。但CTA-ES膜比CA膜分相均勻且成孔性好。將TFC-ES、CTA-ES和CA膜應(yīng)用于含鹽水發(fā)現(xiàn),TFC-ES膜的性能最好,水通量能維持在10L/(m2·h)左右,截留率達(dá)到99%以上。而CTA-ES膜在達(dá)到穩(wěn)定之后的水通量基本與CA膜相差不大,維持在6L/(m2·h)左右,但截留率依然高,為99%以上。CA膜的截留率略低,但也可達(dá)到98%以上,有待后期改性和優(yōu)化。
【關(guān)鍵詞】：正滲透 水通量 截留率 膜制備 水處理
【學(xué)位授予單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ051.893
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 第1章 緒論11-27
• 1.1 正滲透膜分離技術(shù)11-14
• 1.1.1 正滲透技術(shù)原理11-13
• 1.1.2 正滲透技術(shù)的發(fā)展13-14
• 1.2 正滲透技術(shù)存在的問題14-19
• 1.2.1 濃差極化現(xiàn)象14-16
• 1.2.2 汲取液的種類及選擇16-18
• 1.2.3 正滲透膜污染及清洗18-19
• 1.3 正滲透膜制備19-22
• 1.3.1 膜材料19-20
• 1.3.2 膜制備方法20-22
• 1.4 正滲透的應(yīng)用22-24
• 1.4.1 污水處理22-23
• 1.4.2 海水淡化23
• 1.4.3 發(fā)電23-24
• 1.4.4 食品加工24
• 1.4.5 藥物控制24
• 1.5 課題的提出24-27
• 1.5.1 選題的目的和意義24-25
• 1.5.2 主要研究內(nèi)容25-27
• 第2章 實(shí)驗(yàn)材料和方法27-32
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料和儀器27-28
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)原料與試劑27
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器27-28
• 2.2 膜材料及正滲透性能評(píng)價(jià)裝置28-29
• 2.2.1 膜材料28-29
• 2.2.2 正滲透性能評(píng)價(jià)裝置29
• 2.3 膜性能評(píng)價(jià)指標(biāo)29-30
• 2.3.1 水通量29-30
• 2.3.2 污染物的截留率及水通量恢復(fù)率30
• 2.4 正滲透膜的制備30
• 2.5 正滲透膜的表征方法30-32
• 2.5.1 掃描電子顯微鏡（SEM）分析30
• 2.5.2 原子力顯微鏡（AFM）分析30-31
• 2.5.3 激光共聚焦顯微鏡（CLSM）分析31
• 2.5.4 接觸角測定31-32
• 第3章 正滲透基礎(chǔ)性能研究32-39
• 3.1 CTA和TFC正滲透膜的比較32-33
• 3.2 不同操作條件對(duì)純水滲透通量的影響33-35
• 3.2.1 膜朝向?qū)兯疂B透通量的影響33-34
• 3.2.2 不同錯(cuò)流速率對(duì)純水滲透通量的影響34
• 3.2.3 不同pH對(duì)純水滲透通量的影響34-35
• 3.3 不同汲取液對(duì)FO過濾性能的影響35-38
• 3.3.1 汲取液的種類及濃度對(duì)FO過濾性能的影響35-36
• 3.3.2 不同汲取液對(duì)FO應(yīng)用于含鹽水的過濾性能的影響36-38
• 3.4 本章小結(jié)38-39
• 第4章 復(fù)合正滲透膜應(yīng)用于二級(jí)出水的過濾特性研究39-44
• 4.1 TFC正滲透膜對(duì)二級(jí)出水的截留性能39-40
• 4.2 操作條件對(duì)正滲透膜清洗效率的影響40-42
• 4.3 TFC-ES膜污染前后的形貌變化42-43
• 4.4 本章小結(jié)43-44
• 第5章 正滲透膜制備與表征44-59
• 5.1 不同熱處理溫度對(duì)FO膜結(jié)構(gòu)和性能的影響45-47
• 5.2 不同比例的有機(jī)溶劑對(duì)FO膜結(jié)構(gòu)和性能的影響47-49
• 5.3 四種添加劑對(duì)FO膜結(jié)構(gòu)和性能的影響49-55
• 5.3.1 TEP作為添加劑對(duì)FO膜結(jié)構(gòu)和性能的影響50-51
• 5.3.2 甲醇作為添加劑對(duì)FO膜結(jié)構(gòu)和性能的影響51-52
• 5.3.3 甲酰胺作為添加劑對(duì)FO膜結(jié)構(gòu)和性能的影響52-53
• 5.3.4 PEG作為添加劑對(duì)FO膜結(jié)構(gòu)和性能的影響53-55
• 5.4 以TEP作為添加劑，，不同添加量對(duì)FO膜結(jié)構(gòu)和性能的影響55-57
• 5.5 本章小結(jié)57-59
• 第6章 CA-FO膜與商業(yè)FO膜應(yīng)用于含鹽水的對(duì)比研究59-64
• 6.1 CA-FO膜與商業(yè)化FO膜的結(jié)構(gòu)對(duì)比60-61
• 6.2 CA-FO膜與商業(yè)FO膜的親水性分析61-62
• 6.3 CA-FO膜與商業(yè)化FO膜應(yīng)用于含鹽水的性能對(duì)比62-63
• 6.4 本章小結(jié)63-64
• 第7章 結(jié)論64-66
• 致謝66-67
• 參考文獻(xiàn)67-74
• 附錄 攻讀碩士學(xué)位期間科研成果74

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