【摘要】：納濾膜(NF)是一種功能性半透膜,允許溶劑分子、某些低價離子或低分子量溶質(zhì)透過,性能處在反滲透膜與超濾膜之間,孔徑約為1-2 nm,截留分子量大約是200-1000 Da。NF膜表面通常荷電,電荷作用與篩分作用是決定溶質(zhì)截留的主要機制,對高價離子的截留能力高于單價離子。NF膜被廣泛應(yīng)用在海水淡化、廢水處理、飲用水深度處理等領(lǐng)域中,由于污染物在膜面的累積與沉淀造成的膜污染,會導(dǎo)致水通量降低及膜更換周期縮短,降低了納濾膜技術(shù)的經(jīng)濟效益并成為其應(yīng)用的主要瓶頸。當(dāng)水體中存在多種污染物時,與單一污染物相比,有機污染物和無機鹽在溶液中共存時膜污染更為顯著。在污染初期,膜表面可能優(yōu)先生成有機污染層,有機污染層改變納濾膜表面特性,從而影響無機鹽結(jié)垢在納濾膜表面的生成。另外,有機污染物與無機鹽的協(xié)同作用也會影響無機鹽結(jié)垢行為。本實驗通過凝膠相轉(zhuǎn)化法制備聚砜超濾膜,再利用界面聚合法制備聚酰胺復(fù)合納濾膜。探究海藻酸(AA)和腐殖酸(HA)在納濾過程中的不同存在條件,即在溶液中與飽和硅酸鹽共存、在膜面生成有機污染層,對聚酰胺復(fù)合納濾膜硅酸鹽結(jié)垢的影響。研究硅酸鹽結(jié)垢過程中的通量衰減趨勢;利用掃描電子顯微鏡(SEM)及原子力顯微鏡(AFM),研究膜表面污染層結(jié)構(gòu);通過Zeta電位研究靜電排斥作用對硅酸鹽結(jié)垢的影響;采用AFM結(jié)合二氧化硅膠體探針分析不同結(jié)垢階段的粘附力特點。通過耗散型石英晶體微天平(QCM-D)吸附試驗表征傳感器表層污染層特性。本試驗結(jié)果如下:(1)聚酰胺復(fù)合納濾膜性能如下:在室溫、壓力為0.6 MPa下,水滲透通量為(35±5)L/(m2·h),硫酸鎂截留率大于92%,滲透通量為(27±2)L/(m2·h);截留分子量為365 Da,膜孔徑約為4.68×10-10 m;膜表面接觸角為(53±2)°,平均粗糙度Ra為7.71 nm。(2)有機物不同存在條件下,以新膜的硅酸鹽結(jié)垢作為對比,綜合通量衰減率、SEM圖及AFM形貌圖分析可知,有機物與硅酸鹽在溶液中共存可以較弱程度地減輕硅酸鹽結(jié)垢;而膜表面預(yù)先生成有機污染層,則能夠明顯減弱硅酸鹽結(jié)垢程度。利用去離子水對污染膜進行沖洗,有機物與硅酸鹽在溶液中共存時,清洗效果非常微弱;當(dāng)膜表面預(yù)先生成有機污染層之后進行硅酸鹽結(jié)垢,清洗效果較為顯著。(3)在硅酸鹽結(jié)垢過程中,兩種膜與溶解性硅酸鹽離子間的靜電排斥作用為:新膜有機污染膜,故有機污染膜表面的硅酸鹽飽和度遠低于新膜表面的硅酸鹽飽和度,因此有機污染膜表面的硅酸鹽結(jié)垢程度和速率遠低于新膜表面的硅酸鹽結(jié)垢程度和速率。結(jié)合粘附力結(jié)果可知,膜-SiO2探針及硅酸凝膠-膜兩系列作用力均為:有機污染膜新膜,說明膜面生成有機污染層后,硅酸鹽結(jié)垢會被減緩,有機污染膜面和溶解性硅酸鹽間的靜電作用成為有機污染膜面硅酸鹽結(jié)垢的主導(dǎo)因素。當(dāng)有機物與飽和硅酸鹽在溶液中共存時,兩系列粘附力均為:有機污染膜有機與硅酸鹽共存時(新膜),與通量衰減趨勢一致。(4)QCM-D實驗初期,硅酸鹽受粘附力的作用,迅速在傳感器的表面發(fā)生吸附。與硅酸鹽在傳感器表面的吸附量相比,有機物與硅酸鹽在溶液中共存時,吸附量增加,與通量衰減趨勢相反,但吸附層較為柔軟,推測膜通量衰減較小可能是因為膜面的吸附層較為柔軟疏松,透水性較強。傳感器表層預(yù)先生成有機污染層后,吸附層剛性較大,硅酸鹽吸附量減小,與通量衰減趨勢一致,說明預(yù)先生成的有機污染層減緩硅酸鹽結(jié)垢。
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【學(xué)位授予單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：X703

【參考文獻】

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本文編號：2278603