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《中国科学院研究生院(大连化学物理研究所)》 2006年
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纤维素非对称中空纤维超滤膜制备及油水分离研究

李红剑  
【摘要】: 膜分离技术用于分离乳化油污水,具有能耗低、分离效率高等优点,但膜污染引起的分离性能下降制约了其技术潜力的发挥。因此,研制抗污染亲水性的油水分离膜十分必要。 以纤维素、N-甲基吗啉-N-氧化物为铸膜体系制备纤维素超滤膜,系统考察了铸膜液浓度、芯液组成、干纺距离、凝胶浴温度和无机盐添加剂种类等对纤维素非对称中空纤维膜结构与性能的影响,采用DMSO作为芯液,研制出具有非对称结构的纤维素中空纤维膜。湿法纺丝倾向于液-液相分离,而干-湿法倾向于液-固相分离,在其它制膜条件相同的情况下,湿法比干-湿法纺制的纤维素膜具有较高的水通量。随着外凝胶浴中DMSO浓度的增大,外皮层发生液-固分相,形成多孔结构。随着外凝胶浴水温度的升高,皮层变薄,纤维素膜的纯水通量逐渐增大。考察了无机盐添加剂对纤维素中空纤维超滤膜性能的影响,添加1% Mg(ClO4)2使纤维素膜的通量提高到16 L·m-2·h-1。 考察了料液流速、跨膜压差、料液浓度、料液温度和pH值对纤维素膜分离油水的影响,油截留率在98%以上,通量下降率不高于10%,经过纯水物理清洗和氢氧化钠溶液清洗后的纤维素膜通量基本恢复,重复清洗稳定性好,比陶瓷膜、聚砜、聚丙烯等膜材料具有明显的抗油污染能力。 考察了纤维素膜分离油水的阻力分布,其主要阻力来自于渗透压,因此采用物理清洗即可将污染大部分除去,进一步从理论上阐明纤维素膜具有抗油污染性能的原因。在实验室配制的油水分离实验基础上,建立了纤维素膜油水分离模型,并对油田采出水、机加工废水和船舱重油废水分离过程进行了数学模拟计算,模拟值与实验值吻合较好。
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