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《沈阳工业大学》 2018年
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含油废水处理用炭膜的制备及其结构性能调控的研究

张晓宇  
【摘要】:随着经济社会发展和工业进步,人们对石油的需求量日益陡增,在促使石油加工等相关行业快速发展的同时,也产生了大量含油废水。未经严格处理的含油废水一经排放必然给生态环境和动植物生存造成严重危害。因此,如何高效处理这些含油废水,已成为一个亟待解决的问题。在众多处理方法中,如空气浮选、撇取浮渣、光催化、凝聚、絮凝及膜分离等,膜分离技术因除油率高,操作简单、耗能低、无需化学添加剂、易于满足排放要求等优点,被认为是极具前景的技术。膜材料是膜分离技术的核心,所以一直是该领域研究热点。炭膜是近些年快速发展起来的优异膜材料之一,除了突出的分离性能外,还具有良好的化学和热稳定性、机械强度,更诱人的是易调控的孔径与经济可行性,有望在处理含油废水方面发挥重要作用。本文以酚醛树脂为前驱体、羧甲基纤维素钠为粘结剂,分别采用活性炭纤维(ACF)、聚丙烯腈(PAN)和硅藻土(DE)作为掺杂剂,经混合、和面、陈化、压膜以及炭化等过程制备了炭膜。分别采用热重分析仪、傅里叶变换红外光谱仪、x射线衍射和扫描电镜等手段对膜材料的热稳定性、官能团、微结构和形貌进行了分析。考察了三种掺杂剂的种类和用量、操作时间、进料浓度、跨膜压力和进料流量等制备条件与操作条件对炭膜的油水分离性能影响。此外,也考察了炭膜的再生方案与效果,以及后氧化处理对炭膜结构与性能的调控,探讨了抗污染性能。结果显示,三种掺杂剂均能有效调控炭膜的微观结构和分离性能,含油废水通过炭膜的渗透分离过程同时受到筛分作用和吸附作用影响。具体为:(1)对于ACF杂化炭膜,ACF用量为15wt.%时,其前驱体膜的热稳定性最高;ACF用量为10wt.%时,所得炭膜平均孔径最小,为0.48μm;采用ACF用量10wt.%制备的炭膜在跨膜压力0.02MPa及进料流量6mL/min时,对浓度为200mg/L的含油废水具有最高的油品截留率96.67%,同时渗透通量为181.91Kg/m~2 h。(2)对于PAN杂化炭膜,随PAN用量的增加,前驱体膜的热稳定性先降低后增加;PAN用量为45wt.%时,炭膜的平均孔径最小,为0.36μm;采用PAN用量35wt.%所制备的炭膜,在进料浓度50mg/L、进料流量6m L/min和跨膜压力0.03MPa条件下,具有最高的油品截留率93.63%,此时渗透通量为251.08Kg/m~2 h。(3)对于DE杂化炭膜,随DE用量的增加,前驱体膜的热稳定性提高,所制炭膜结构变疏松;DE用量为25wt.%时,所制备炭膜的平均孔径最小,为0.37μm;采用DE用量为25wt.%时,制备的炭膜在含油废水浓度100mg/L、跨膜压力0.02MPa、进料流量6mL/min时具有最高的油品截留率98.84%,此时渗透通量为103.35Kg/m~2 h。(4)对DE用量为25wt.%所制备的炭膜进行再生后,其通量恢复比为46.19%,总污染比为84.46%,膜污染较严重;另外,对此炭膜进行后氧化处理后,渗透通量提高到了254.52Kg/m~2 h,通量恢复比达到121.06%,总污染比降到66.07%,膜的抗污染性改善,但截留率则降低到69.11%。
【学位授予单位】:沈阳工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TQ051.893;X703

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