碳化硅陶瓷膜在油水分离中的应用研究

发布时间：2020-05-24 21:42

【摘要】：碳化硅陶瓷膜具有耐酸碱、高亲水疏油、机械强度高等优点,是膜分离技术的关键组成材料,在油水分离领域具有显著的性能优势。本文采用错流过滤的方法,重点研究了碳化硅陶瓷膜在含油切削液,机油废水,食用油废水中的油水分离处治效果和工艺特性。通过探讨pH值与含油废水Zeta电位值和粒径的关系,选择孔径与之匹配的碳化硅陶瓷膜进行过滤;并以此为基础,研究了跨膜压差、过滤时间、含油量对陶瓷膜膜通量和滤液性能影响;以及清洗时机对膜通量恢复率的影响规律。通过以上研究,论文得到了以下成果:(1)研究了pH值对溶液Zeta电位的影响,Zeta电位绝对值越低,油液颗粒越倾向于凝聚,有利于油液分离。研究结果表明:Zeta电位绝对值随着pH值的变化也随着改变。选取Zeta电位绝对值的极小值对应的pH值作为最佳pH值,测定此时油液颗粒的粒度,选用合适碳化硅陶瓷膜的孔径。含油切削液Zeta电位绝对值最低值对应的pH为2,此时油液颗粒粒度为0.02158μm,选取孔径为0.01μm的碳化硅陶瓷膜作为分离单元;机油废水Zeta电位绝对值最低值对应的pH为7,此时油液颗粒粒度为0.0783μm,选取孔径为0.04μm的碳化硅陶瓷膜作为分离单元;食用油废水Zeta电位最低值对应的pH为6,此时油液颗粒粒度为0.31μm,选取孔径为0.1μm的碳化硅陶瓷膜作为分离单元。(2)研究了不同跨膜压差对膜通量和滤液性能的影响,研究结果表明:膜通量会随着压力的增大逐渐增大,但压力过高,会挤压油滴进入膜孔,油类和悬浮物滤过率会降低,此时可以选取膜通量和滤过率都较高的压力作为操作压力。含油切削液的最佳跨膜压差为0.1MPa,此时膜通量为535L/(h·m~2),滤液中的油含量和悬浮物含量分别为4.25mg/L、5.57mg/L;机油废水的最佳跨膜压差为0.125MPa,此时膜通量为535L/(h·m~2),滤液中的油含量和悬浮物含量分别为1.68mg/L和1.47 mg/L;食用油废水的最佳跨膜压差为0.1MPa,此时膜通量为790L/(h·m~2),滤液中的油含量和悬浮物含量分别为2.07mg/L和0.95 mg/L;(3)研究了在最佳跨膜压差条件下,不同油含量对膜通量和滤液性能的影响,研究结果表明:低溶液浓度时,初始膜通量较高,滤液中油含量和悬浮物的滤过率也较高。含油切削液浓度为1%时,平衡膜通量为515 L/(h·m~2),此时油含量和悬浮物滤过率分别为92.78%和96.63%;机油废水浓度为1%时,平衡膜通量为535L/(h·m~2),油含量和悬浮物滤过率分别为89.08%和96.2%;食用油废水浓度为1%,平衡膜通量为790L/(h·m~2),油含量和悬浮物滤过率分别为89.52%和96.9%。(4)研究过滤时间对膜通量的影响,结果表明:膜通量会随着过滤时间的延长逐渐降低,并在一段时间内保持稳定后再下降,最佳过滤时间应选择稳定区间内的某一时间点。在压力为0.1MPa的条件下,含油切削液的初始膜通量为700 L/(h·m~2),105min后下降至515 L/(h·m~2)并在30min内保持稳定,其最长过滤时间宜控制在145min以内;机油废水的膜通量在120min时下降至495L/(h·m~2)并在20min内保持稳定,其最长过滤时间宜控制在140min以内;食用油废水在过滤时间为105min时,膜通量降至640L/(h·m~2)并在15min内保持稳定,其最长过滤时间宜控制在120min以内。(5)研究了有无清洗剂和清洗时机对膜通量恢复的影响,对于三种含油废水,添加清洗剂清洗的陶瓷膜膜通量恢复率较高,选择平衡区中间时间点清洗膜通量膜通量恢复率高且能最大程度使用陶瓷膜,三种废水在平衡区中间时间点的膜通量恢复率分别为98.6%、98.6%、98.8%,满足清洗要求。
【图文】：

3图1.1 非对称陶瓷膜示意图 图1.2 非对称碳化硅陶瓷膜SEM图碳化硅陶瓷膜特性：1、孔隙率高。制品内部有很多大大小小的气孔是碳化硅多孔陶瓷的主要特点，封闭气孔的主要作用是隔离热量，阻挡声音的传递和物体颗粒质检的传递；开气孔主要过滤生活污水。2、抗折强度高。由碳化硅、二氧化硅、氧化铝等经过各种工艺流程制备的碳化硅陶瓷制品一般都具有很高的抗折强度。制品经过干燥和预烧以后，在烧成时制品内部的颗粒在高温的情况下会发生融化现象，融化后的颗粒会发生粘结现象，会使制品的抗折强度变大。3、物理性质和化学性质稳定。碳化硅陶瓷具有耐高温、耐酸碱腐蚀、比表面积大、耐高压、不污染环境、节约资源、成本低等优良的性质。4、过滤作用。碳化硅陶瓷的原料简单易得，是生活中随处可见的材料，所以可以反复再生使用。由于它的高孔隙率，孔径分布的比较集中，不分散，它可以用来过滤很多有害物质，比如生活中的污水、废水都可以通过碳化硅多孔陶瓷来过滤，达到净化水质的效果。1.2.2 碳化硅陶瓷膜的用途由于碳化硅陶瓷膜拥有非常独特的结构

3图1.1 非对称陶瓷膜示意图 图1.2 非对称碳化硅陶瓷膜SEM图碳化硅陶瓷膜特性：1、孔隙率高。制品内部有很多大大小小的气孔是碳化硅多孔陶瓷的主要特点，封闭气孔的主要作用是隔离热量，阻挡声音的传递和物体颗粒质检的传递；开气孔主要过滤生活污水。2、抗折强度高。由碳化硅、二氧化硅、氧化铝等经过各种工艺流程制备的碳化硅陶瓷制品一般都具有很高的抗折强度。制品经过干燥和预烧以后，，在烧成时制品内部的颗粒在高温的情况下会发生融化现象，融化后的颗粒会发生粘结现象，会使制品的抗折强度变大。3、物理性质和化学性质稳定。碳化硅陶瓷具有耐高温、耐酸碱腐蚀、比表面积大、耐高压、不污染环境、节约资源、成本低等优良的性质。4、过滤作用。碳化硅陶瓷的原料简单易得，是生活中随处可见的材料，所以可以反复再生使用。由于它的高孔隙率，孔径分布的比较集中，不分散，它可以用来过滤很多有害物质，比如生活中的污水、废水都可以通过碳化硅多孔陶瓷来过滤，达到净化水质的效果。1.2.2 碳化硅陶瓷膜的用途由于碳化硅陶瓷膜拥有非常独特的结构
【学位授予单位】：武汉工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ028.8

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本文编号：2679032