本文關(guān)鍵詞：電催化耦合膜分離處理高鹽有機廢水研究　出處：《揚州大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：膜分離技術(shù)已廣泛應(yīng)用于海水淡化、食品工業(yè)用水純化、醫(yī)藥化工生產(chǎn)等諸多領(lǐng)域,而近年來在污水處理領(lǐng)域,膜分離也顯現(xiàn)出獨特的技術(shù)優(yōu)勢和廣闊的應(yīng)用前景。但膜分離技術(shù)在廢水處理過程中,會因污染物(有機物、顆粒物和藻類等)在膜表面的附著和膜孔內(nèi)的堵塞而產(chǎn)生膜污染現(xiàn)象,導(dǎo)致膜通量衰減,進而縮短膜的使用壽命。目前常用的緩解膜污染的方法分為物理清洗和化學(xué)清洗兩類,但這些方法均存在耗能大、成本高和膜設(shè)備停用時間長等問題,有必要開發(fā)更節(jié)能、高效和易于操作的膜污染抑制新技術(shù)。電催化能有效降解染料、苯類、農(nóng)藥等有機物,使其降解為小分子有機物或完全氧化為CO2和水。本文將膜分離和電催化二者結(jié)合起來,緩解膜污染現(xiàn)象同時使有機物和鹽實現(xiàn)有效分離,還能夠濃縮、回收染料。本文選取了析氧過電位最高的二氧化錫作為基礎(chǔ)電催化材料,對之進行銻、鉍、鈰等稀土元素的摻雜改性以提高其電催化性能,將改性二氧化錫通過溶膠凝膠法在Al2O3膜基材上制備出電催化陶瓷分離膜。并以該膜材料處理高鹽有機廢水的實驗探究電膜耦合抑制膜污染的機制。本文制備了兩種材料構(gòu)成不同的復(fù)合陶瓷膜。其一為Sb-Bi-SnO2/Al2O3復(fù)合陶瓷超濾膜,其采用溶膠凝膠技術(shù),以氯化亞錫作為前驅(qū)體,平板Al2O3膜作支撐體制備而成。通過掃描電鏡(SEM),能量色散X射線儀(EDX),X射線衍射(XRD)與紅外光譜(FTIR)對膜表面進行表征分析,結(jié)果表明,Bi元素成功摻雜到Sb-SnO2里,但沒有進入SnO2晶格,而是已BiCIO形式存在SnO2表面。Bi元素的摻雜抑制了二氧化錫晶粒的增長,促進了SnO2向金紅石相轉(zhuǎn)變。SnO2的平均粒徑為9.3 nm,復(fù)合膜表面均勻平整,平均孔徑3nm。實驗對高鹽直接橙S染料廢水的處理結(jié)果表明,廢水初始濃度、鹽含量、電壓強度,跨膜壓差等工藝參數(shù)對該陶瓷膜分離性能有顯著影響。在電壓值1.0 V、跨膜壓差0.4 Mpa、NaCl質(zhì)量分數(shù)20%、直接橙S初始濃度40 mg/L、pH值為5條件下,電催化效果最好。此時該板式復(fù)合陶瓷超濾膜對直接橙S的截留率高達99%,廢水脫色率接近100%,染料濃縮效果好；對單價無機鹽NaCl的截留率低于1%,有效實現(xiàn)了染料和無機鹽的分離。電催化耦合膜分離處理直接橙S染料廢水,相比單一膜分離膜通量提高110%。通過掃描電鏡(SEM)、能量色散X射線儀(EDX),X射線衍射(XRD)、紫外可見漫反射吸收光譜(UV-Vis DRS)與TOC對緩解膜污染機理進行分析,電膜耦合一體化有效抑制了濃差極化現(xiàn)象,通過減少膜表面及膜孔內(nèi)的有機污染物實現(xiàn)了膜污染的緩解甚至消除。其二是Sb-Ce-SnO2/4A分子篩/Al2O3復(fù)合陶瓷納濾膜。其采用溶膠凝膠法與刮擦晶種料漿法,以氯化亞錫作為前驅(qū)體,平板Al2O3膜作支撐體制備而成。通過掃描電鏡(SEM),能量色散X射線儀(EDX)與X射線衍射(XRD)對膜表面進行表征分析,結(jié)果表明,Ce元素成功摻雜到Sb-SnO2里,摻雜摩爾比1%(Sb:Ce:Sn=10:1:100)時,結(jié)燒效果最好,制備的復(fù)合陶瓷膜表面平整光滑,沒有龜裂。Ce元素的摻雜抑制了二氧化錫晶粒的增長,促進了SnO2向金紅石相轉(zhuǎn)變。SnO2的平均粒徑為14.2 nm,膜面平均孔徑2 nm。以含鹽直接橙S為目標(biāo)污染物,對該陶瓷膜的分離性能進行了研究。染料初始濃度、廢水pH、跨膜壓差及電壓強度等參數(shù)對膜分離性能影響顯著。電壓、跨膜壓差等工藝參數(shù)對復(fù)合陶瓷膜處理染料廢水的性能影響較大。在電壓值1.4 V、跨膜壓差0.7 Mpa、NaCl質(zhì)量分數(shù)10%、直接橙S初始濃度20 mg/L、pH值為5條件下,該板式復(fù)合陶瓷納濾膜對直接橙S的截留率高達99%,廢水脫色率接近100%,染料濃縮效果好。對單價無機鹽NaCl的截留率低于2%,有效實現(xiàn)了染料和無機鹽的分離。電催化耦合膜分離處理直接橙S染料廢水,相比單一膜分離膜通量提高100%。通過掃描電鏡(SEM)、能量色散X射線儀(EDX),X射線衍射(XRD)、紫外可見漫反射吸收光譜(UV-Vis DRS)與TOC對緩解膜污染機理進行分析,電膜耦合一體化有效抑制了濃差極化現(xiàn)象,在不施加更高跨膜壓差的情況下,膜通量可長時間維持在一個較高的水平。通過降解膜表面及膜孔內(nèi)的有機污染物實現(xiàn)了膜污染的緩解甚至消除,從而減少了單一膜分離技術(shù)中頻繁拆卸和膜清洗次數(shù),這對含鹽染料廢水實現(xiàn)自動化分離、回收具有重要意義。
[Abstract]:The membrane separation technology has been widely used in many fields such as desalination of seawater , purification of food industry water , pharmaceutical chemical production , etc . In this paper , the membrane surface was studied by SEM , EDX , X - ray diffraction ( XRD ) , UV - Vis DRS and X - ray diffraction ( XRD ) . The decolorization rate of waste water is close to 100 % , and the dye concentration is good . The separation of dye and inorganic salt is effectively realized by the separation of monovalent inorganic salt NaCl . The membrane flux can be maintained at a high level for a long time compared with that of single membrane separation membrane . By SEM , EDX , X - ray diffraction ( XRD ) , UV - Vis DRS and TOC , the membrane fouling can be reduced or eliminated for a long time .

【學(xué)位授予單位】：揚州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ028.8;X703

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本文編號：1384006