發(fā)布時間：2020-07-18 06:53

【摘要】：天然有機物（Natural Organic Matter，NOM）廣泛存在于地表和地下水中，是多種消毒副產(chǎn)物的前驅(qū)物。如何有效地去除水中NOM對于提高給水水質(zhì)、滿足日益嚴格的飲用水標準具有重要意義。超濾（Ultrafiltration，UF）能有效去除水中的懸浮顆粒、膠體雜質(zhì)、微生物、細菌病毒和一定量的可溶性有機物，是替代傳統(tǒng)飲用水處理技術的理想選擇，目前正在飲用水處理領域得到廣泛應用。然而，由于超濾膜的截留分子量較大，導致它不能有效地去除水中的NOM。同時，膜污染問題是制約其廣泛應用的另一個原因。 本研究通過對再生纖維素膜（Regenerated Cellulose，RC）進行荷電改性，比較中性膜和荷電超濾膜對水中NOM的去除率和膜通量的衰減情況。考察膜改性的荷電量、截留分子量、膜材料和NOM的不同組分對荷電超濾過程的影響。此外，還研究了溶液pH值、離子強度和代表水體硬度的鈣離子濃度等溶液環(huán)境因素對荷電超濾行為的影響。最后進一步比較了荷電超濾膜與納濾膜對水中NOM的去除效果。 為了獲得更加耐用、抗污染的超濾膜，本研究還通過添加聚乙二醇（Polyethylene Glycol，PEG）、氯化鋰（LiCl）和二氧化鈦（TiO_2）等添加劑，制備并表征了改性后的聚偏氟乙烯（Polyvinylidene Fluoride，PVDF）超濾膜。在死端過濾和錯流過濾的實驗條件下，研究了不同種類的改性PVDF超濾膜對水中NOM的去除率和膜通量的衰減情況。同時，重點考察了TiO_2改性后的PVDF超濾膜的光催化性能。 研究結(jié)果表明，對中性RC膜進行荷電改性，在傳統(tǒng)篩分機理和靜電相互作用力的共同作用下，可以有效提高截留率，同時減輕膜污染。對比實驗結(jié)果表明，在去除水中NOM的應用環(huán)境中，荷電超濾膜具備替代納濾膜的技術可行性。膜的截留分子量、改性后的荷電量、膜材料的性質(zhì)以及NOM組分的親疏水性對荷電超濾過程有著重要影響。此外，溶液環(huán)境因素同樣影響荷電超濾膜的性能。盡管溶液環(huán)境因素對中性膜和荷電超濾膜的截留率和膜通量衰減的影響幅度不同，但趨勢基本一致。水體的pH值通過質(zhì)子化作用影響NOM分子和荷電膜表面的荷電量。水體的離子強度影響NOM分子的物理化學性質(zhì)，改變NOM分子的形狀以及膜表面的靜電屏蔽作用力。代表水體硬度的鈣離子濃度影響膜與NOM分子的靜電相互作用力的大小以及膜表面濾餅層的致密/疏松程度。所以，在應用超濾膜去除水中天然有機物的過程中，不僅要考察膜本身的性質(zhì)（如截留分子量、荷電量、膜材料的親疏水性），還要考慮溶液環(huán)境等諸多影響因素，以便在提高截留率的同時，減輕膜污染。 在研究具有光催化性能的TiO_2改性PVDF超濾膜的制備與改性實驗中，研究結(jié)果表明，將TiO_2納米顆粒按適當比例添加到PVDF膜中，可以有效提高截留率，同時減輕膜污染。TiO_2納米顆粒的添加可以改善PVDF膜的親水性，同時提高截留率。TiO_2改性PVDF膜在光催化條件下還具有良好的自清潔性能。光催化條件下的TiO_2改性PVDF膜在錯流過濾實驗中，污染物在膜表面的沉積與污染物的光催化降解這兩種過程可能會達到一種平衡狀態(tài)。對于TiO_2光催化膜，UV輻照有望成為一種新的膜清洗方法。與傳統(tǒng)的物理化學清洗方法相比，這種新型膜清洗方法具有節(jié)能環(huán)保、高效徹底以及無二次污染等優(yōu)點，技術應用前景廣闊。
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：X703
【圖文】：

圖 1-1 腐殖酸的分子結(jié)構(gòu)圖[4]Fig. 1-1 Schematic of humic acid model structure（2）富里酸，它既溶于酸性環(huán)境，又溶于堿性環(huán)境，顏色為淺黃色和淺棕色。富里酸的分子結(jié)構(gòu)與腐殖酸類似，但脂肪族分子結(jié)構(gòu)較多，芳香族分子結(jié)構(gòu)較少。（3）胡敏酸，它既不溶于酸性環(huán)境，也不溶于堿性環(huán)境，顏色為黑色。腐殖質(zhì)具有離子交換性，可以與水中其它物質(zhì)絡合，如有機微生物污染物和重金屬離子，研究表明，這種絡合過程會影響重金屬離子對水溶性有機物造成的毒性[9]。Stevenso[10]等人研究了不同種類的陽離子與腐殖質(zhì)發(fā)生分子絡合的優(yōu)先順序：Fe3+>Al3+>H+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>Li+。腐殖質(zhì)與重金屬離子以及有機物之間形成的各種復合體，增加了天然水體中這些物質(zhì)的生物積累性與持久性。1.2.2 NOM 的危害NOM 不僅會造成異臭味、色度、生物不穩(wěn)定性以及配水管網(wǎng)的腐蝕，還是

四氫呋喃中浸泡幾個月均沒有發(fā)生異常現(xiàn)象，也不溶于氯于堿性溶液[25]。在干態(tài)或有機溶劑中，再生纖維素還具度（240~260℃），當溫度超過 240℃ 時發(fā)生熱分解。維素相比于其它合成聚合物的一個顯著優(yōu)點是對生物體沒好，能夠廣泛用于醫(yī)藥和食品等領域。早期主要應用于血工胰臟等生化和醫(yī)療領域。隨著大孔徑 RC 膜的發(fā)展，再 MF、UF 和 RO 等濃縮、分離和純化領域。纖維素作為 R自然界中有很大的儲備量，而且可進行生物降解，不會對膜工業(yè)在發(fā)展過程中若能合理利用這種豐富的自然資源，義。實驗中還選用由生產(chǎn)商提供的商用荷負電聚醚砜膜（PES驗研究。PES 是一種耐高溫的工程塑料，其分子結(jié)構(gòu)如圖

上海交通大學博士學位論文 第一章 緒論11可以吸附溶液中的一些異性離子，使其緊貼在膜表面，形成一個吸附層（見圖1-3中的Stern層），同時從吸附層到液體的內(nèi)部又形成一個擴散層，電解質(zhì)溶液與帶電膜表面相對移動時，在吸附層與擴散層之間會形成一個剪切面，溶液體相與剪切面的電位差即為Zeta電位。圖 1-3 正電膜表面離子分布示意圖[31]Fig. 1-3 Schematic representation of ion distribution near the positively chargedmembrane surfaceZeta電位無法直接測量，但可以用電滲、電泳或流動電位來間接測量。其中，流動電位是最常用的間接測量方法。將流動電位與膜厚度、膜表面電阻率、膜孔隙率等數(shù)據(jù)關聯(lián)后即可得到Zeta電位值。當雙電層厚度遠小于膜孔徑時，可用Helmholtz-Smoluchowski 方程式來直接進行計算[32]。對于非對稱的荷電膜，在一定假設的基礎上可對膜結(jié)構(gòu)進行簡化，然后再用流動電位的測量方法計算Zeta電位。計算出Zeta電位以后，結(jié)合膜孔徑和孔隙率等數(shù)據(jù)，可以得到膜孔表面和膜外表面的電荷密度的近似值。（3）膜電位在不加外壓的條件下

【引證文獻】

相關碩士學位論文 前1條

1 趙玲;帶間隔臂的荷負電超濾膜對水中天然有機物去除的研究[D];上海交通大學;2013年

本文編號：2760568