電滲析技術(shù)具有濃縮倍數(shù)大、淡水回收率高、脫鹽率可調(diào)等優(yōu)點,在工業(yè)廢水脫鹽處理中具有廣泛的應(yīng)用前景,然而膜污染問題尤其是有機(jī)物對陰離子交換膜污染嚴(yán)重,成為限制工業(yè)廢水電滲析脫鹽技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用的“瓶頸”問題。本論文通過考察基膜性質(zhì)、有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)和濃度等對陰離子交換膜有機(jī)污染的影響,探討代表性有機(jī)物對陰離子交換膜的污染行為及其電化學(xué)性質(zhì)的變化,揭示電滲析過程中陰離子交換膜有機(jī)污染的形成機(jī)理;進(jìn)一步探討通過表面改性提高陰離子交換膜的抗污染性能,研究修飾組分、改性方法和工藝條件等對改性膜性質(zhì)的影響規(guī)律,獲得膜表面改性的優(yōu)化工藝,并制備具有良好抗污染性能的新型改性陰離子交換膜。主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下:(1)研究代表性有機(jī)物造成電滲析陰離子交換膜污染的性質(zhì)及對離子跨膜遷移行為的影響。以十二烷基硫酸鈉(SDS)作為模型污染物,濃度較低時,SDS在溶液中單分子分散,均勻分散吸附在陰離子交換膜表面或堵塞膜孔道,改變離子的跨膜遷移路徑;當(dāng)溶液中SDS濃度高于100 mg/L時,SDS分子在膜表面積聚形成膠束,導(dǎo)致其形成致密污染層附著在膜表面,造成膜面電阻急劇增大,幾乎完全限制離子的跨膜遷移;膜清洗可以去除附著在膜表面的大部分SDS污染層,但堵塞在膜孔道的SDS不能完全去除。結(jié)果表明,SDS對陰離子交換膜造成不可逆污染,而且膜表面附著的污染層是導(dǎo)致其性能惡化及限制離子跨膜遷移的主要因素。(2)研究陰離子交換膜性質(zhì)及有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)對陰離子交換膜有機(jī)污染的影響。發(fā)現(xiàn)模型污染物SDS造成不同陰離子交換膜的污染程度不同,其中均相膜(AMX)、半均相膜(AMA)和異相膜(HAEM)的脫鹽性能分別下降42.3%、15.3%、9.2%,基膜結(jié)構(gòu)越致密,膜污染越嚴(yán)重;對比不同有機(jī)物分子的膜污染特性,發(fā)現(xiàn)甲基磺酸鈉(MS)對陰離子交換膜幾乎沒有污染,苯磺酸鈉(BS)和2-萘酚-6-磺酸鈉(NSS)造成輕微膜污染,十二烷基硫酸鈉(SDS)和十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)都在膜表面形成致密污染層,造成嚴(yán)重膜污染。(3)探討低溫等離子體對陰離子交換膜進(jìn)行表面改性,考察等離子體氣氛對改性膜物理化學(xué)性質(zhì)及抗污染性能的影響。結(jié)果表明,改性膜表面形成新極性基團(tuán),如N2等離子體改性膜表面形成酰亞胺基等、O2等離子體改性膜表面形成酯基/羧基、碳酸基等,而且O2等離子體改性膜比N2等離子體改性膜的表面負(fù)電荷密度的變化更顯著,但其表面親水性不如N2等離子體改性膜;比較兩種改性膜的抗污染性能,發(fā)現(xiàn)O2等離子體改性膜的抗污染性能明顯優(yōu)于N2等離子體改性膜,表明等離子體改性膜表面負(fù)電荷密度比親水性的改善更有利于提高其抗污染性能。(4)通過電沉積對陰離子交換膜進(jìn)行表面改性,探討不同修飾組分對改性膜物理化學(xué)性質(zhì)及抗污染性能的影響。發(fā)現(xiàn)除聚乙烯醇(PVA)外,聚電解質(zhì)聚苯乙烯磺酸鈉(PSS)、聚乙烯磺酸鈉(PVS)、聚丙烯酸鈉(PAAS)都可以提高膜表面親水性及負(fù)電荷密度,進(jìn)而提高改性膜的抗污染性能,而且PSS、PVS修飾膜的抗污染性能優(yōu)于PAAS修飾膜;表明膜表面改性提高負(fù)電荷密度對提高其抗污染性能起關(guān)鍵作用,帶磺酸基團(tuán)聚電解質(zhì)對提高陰離子交換膜的抗污染性能作用顯著,即聚電解質(zhì)官能團(tuán)的極性越強(qiáng),越有利于提高改性膜的抗污染性能。(5)探討電沉積與層層組裝復(fù)合改性,考察陰離子交換膜表面沉積聚苯乙烯磺酸鈉(PSS)/聚二甲基二烯丙基氯化銨(PDADMAC)多層聚電解質(zhì)對改性膜抗污染性能的影響。發(fā)現(xiàn)隨著膜表面沉積的PSS/PDADMAC雙分子層數(shù)增加,改性膜表面負(fù)電荷密度及表面親水性增大,顯著提高其抗污染性能;;當(dāng)膜表面PSS/PDADMAC雙分子層數(shù)高于4.5時,能阻止模型污染物SDS形成污染層,電化學(xué)阻抗譜分析和等效電路模擬表明,分散吸附在改性膜上的SDS使膜面電阻增大幅度顯著降低,且不會限制離子的跨膜遷移,顯著提高改性膜的抗污染性能。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院過程工程研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：X703
【部分圖文】：

透過性（即陰離子交換膜只允許陰離子通過，陽離子交換膜只允許陽離子通過），逡逑在直流電場的作用下，使陰陽離子發(fā)生定向遷移，從而達(dá)到電解質(zhì)從溶液中分離逡逑出來的過程［３］。其工作原理示意圖如圖１．１所示。逡逑Ｉ邋ＣＥＭ邋、＇邋ＡＥＭ邋Ｉ￣ＣＥＭ邋＾ＡＥＭ￣Ｔ￣￣ＣＥＭ邐＾逡逑１＊邋＃－？？邋４？？邋＋？？＊ｆ？逡逑ｅ邋Ｊｉ＇ＺＩ邋？？邋Ｉ邋．邋ｒ？？？邋Ｊ邋ｓ逡逑」ｉ邋ｊ邋Ｂ邋１邋漏邋ｔ＿＿逡逑邐ａ邐ｉ逡逑S緬澹危幔簦酰潁幔戾澹恚睿耄悖酰歟澹哄危垮澹茫幔簦椋錚鑠澹椋錚睿�？邋ＡｎｉｅP鑠澹椋錚睿誨濉澹ㄥ澹錚睿悖悖椋眨睿椋椋悖ǎВ瑁幔恚猓潁潁義希茫齲灣澹茫幔椋椋錚鑠澹澹悖瑁幔睿紓邋澹恚悖恚瑁潁幔睿悖哄澹粒牛停哄澹粒睿椋錚鑠澹澹悖瑁幔睿紓邋澹恚澹恚猓潁幔睿澹誨濉澹模椋歟酰簦邋澹茫瑁幔恚猓澹潁義賢跡保鋇縞齬ぷ髟硎疽饌饑儒義希疲椋紓酰潁邋澹保卞澹櫻悖瑁澹恚幔簦椋沐澹洌椋幔紓潁幔礤澹錚駑澹鰨錚潁耄椋睿玨澹穡潁椋睿悖椋穡歟邋澹錚駑澹澹歟澹悖簦潁錚洌椋幔歟螅椋螅保矗卞義系縞鱟爸玫鬧饕考�、阳离自亾Q荒ぁ⒏敉氳緙�，离自亾Q荒な塹玨義仙鱟爸玫暮誦淖槌剎糠幀５縞瞿ざ閻幸趵胱詠換荒ず脫衾胱詠換荒そ惶媾帕�，辶x希卞義

本文編號：2810401