膜分離技術具有處理效果好,運行操作簡單,無需添加化學試劑等優(yōu)點,廣泛應用于水處理領域中。但是,膜污染問題嚴重制約了膜技術的進一步應用。在膜上負載釋放式殺菌劑是解決膜生物污染問題的重要手段,然而,抗菌劑流失和易被污染物覆蓋問題限制了其推廣應用。針對這些問題,本實驗設計研究采用原位還原方法在碳納米管表面原位生成銀(銅)納米顆粒,利用真空抽濾方法將銀(銅)納米顆粒修飾的碳納米管負載在氧化鋁陶瓷中空纖維膜表面,制成銀(銅)納米顆粒修飾的碳納米管氧化鋁陶瓷中空纖維膜(Ag(Cu)-CNT/Al_2O_3)。然后通過在膜上施加電壓實現殺菌劑與電化學技術耦合,研究了耦合工藝下膜抗污染性能和抗菌劑流失情況,并揭示了電化學輔助膜分離抗污染的機理。本實驗利用抑菌環(huán)法、強制貼膜法和振蕩燒瓶法分別研究了Ag-CNT/Al_2O_3陶瓷中空纖維膜的抑菌性能、接觸式殺菌能力和釋放式殺菌能力。結果表明,Ag-CNT/Al_2O_3陶瓷中空纖維膜具有良好的抑菌性能,且在實驗室規(guī)模下,Ag-CNT/Al_2O_3陶瓷中空纖維膜的接觸式和釋放式殺菌率均達到100%,為了更好地展示出功能膜的實際應用前景,研究了Ag-CNT/Al_2O_3陶瓷中空纖維膜在處理大腸桿菌(E.coli)和天然有機物(NOM)溶液時的通量變化。在處理E.coli溶液60 min后,Ag-CNT/Al_2O_3陶瓷中空纖維膜相較于CNT/Al_2O_3陶瓷中空纖維膜的膜通量提高了38%;當使用Ag-CNT/Al_2O_3陶瓷中空纖維膜處理E.coli和NOM溶液時,60 min后膜通量降至原始通量的66%,相比單純處理E.coli溶液時膜污染現象加重;當在膜表面施加負電壓時,Ag-CNT/Al_2O_3陶瓷中空纖維膜的通量只下降至原始通量的97%;在開路電壓下,Ag-CNT/Al_2O_3陶瓷中空纖維膜的銀離子溶出濃度為0.17 mg/L,在施加-1.0 V電壓時,其銀離子溶出濃度為零;以上結果表明電化學輔助下的Ag-CNT/Al_2O_3陶瓷中空纖維膜具有較強的抗污染能力,并且電化學技術可有效減少抗菌劑的流失。經過對耦合技術研究發(fā)現,靜電排斥作用和抗菌劑的殺菌作用是減緩膜污染的重要因素,同時電還原作用延緩了抗菌劑的使用壽命。同時,在Cu-CNT/Al_2O_3陶瓷中空纖維膜的抑菌試驗中,通過抑菌環(huán)法、貼膜法和振蕩燒瓶法發(fā)現Cu-CNT/Al_2O_3陶瓷中空纖維膜具有良好的抗菌性能。處理菌懸液的實驗結果表明,在電化學(-1.5 V)輔助作用下,Cu-CNT/Al_2O_3陶瓷中空纖維膜的通量可達單獨膜分離的2.6倍。同時,銅離子釋放實驗表明,當外加-1.5 V偏壓時,其銅離子的釋放量可減少55%。以上研究結果說明,Cu-CNT/Al_2O_3陶瓷中空纖維膜具有良好的殺菌性能,并且電化學輔助技術可以有效助其緩解膜污染。綜上所述,電化學輔助技術不僅可以有效地緩解Ag(Cu)-CNT/Al_2O_3陶瓷中空纖維膜的污染現象,還可以減緩抗菌劑的流失,為解決膜污染和抗菌劑流失問題提供了新的思路。
【學位單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：X703;TQ051.893

【參考文獻】

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1 鄭捷;膜分離法提取合成氨弛放氣中的氫及其應用[J];陜西化工;1997年02期

本文編號：2823198