基于吸附和催化功能的碳纳米管动态膜的制备与应用研究

发布时间：2020-05-25 13:11

【摘要】：膜处理技术在净化印染废水中具有重要作用,然而,浓差极化、膜污染严重导致膜通量显著变小是该技术所面临的重要挑战,因此常常需要对原始膜进行必要的改性。碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)由于对大量污染物具有优异的吸附性能、且良好的物理化学特性等优点,使其成为一种被广泛应用的吸附剂。而漆酶(laccase)作为一种多酚氧化酶,可有效降解多种类型染料和微污染物。因此,本实验一方面将碳纳米管与膜结合,利用过滤和吸附方法,制备具有纳滤膜性能的碳纳米管-吸附动态膜(adsorptive dynamic membrane,ADM);另一方面,在吸附动态膜(ADM)的基础上添加漆酶,同理制备具有生物降解特性的仿生动态膜(biomimetic dynamic membrane,BDM),从而达到提高污染物截留率及抗污性能,同时降低膜污染、增大膜通量的效果。因此,本实验将分为吸附动态膜(ADM)与仿生动态膜(BDM)两部分作研究。第一部分,本实验首先研究制备时间、碳纳米管负载量、跨膜压差(transmembrane pressure,TMP)和剪切力对制备吸附动态膜(ADM)的影响以评估其性能。结果表明:在转速50 rpm,跨膜压差1.0 bar,碳纳米管负载量55 g m~(-2)及制备时间10分钟的条件下,可制备表面具有最佳均匀多孔结构的吸附动态膜(ADM)。其次,研究运行条件(剪切力、跨膜压差、碳纳米管负载量及染料种类与浓度)对吸附动态膜(ADM)的膜渗透通量及染料去除率的影响。此外,在跨膜压差0.5 bar和时间1 min的条件下,反冲洗可彻底清除吸附动态膜(ADM)上已达吸附饱和状态的碳纳米管层。第二部分,首先探究顺序过滤与混合过滤两种制备方式对仿生动态膜(BDM)的性能影响,结果表明:混合过滤方式可确保漆酶与碳纳米管更加充分地结合固定。随后,研究运行条件(碳纳米管和漆酶负载量、染料浓度、转速及跨膜压差对仿生动态膜(BDM)去污能力及稳定性的影响,同时和上部分制备的吸附动态膜(ADM)作比较以评估两者之间的差异。分析结果可知:仿生动态膜(BDM)比吸附动态膜(ADM)具有更强的去污性能,适量的碳纳米管和漆酶负载量可降低过滤阻力和提高催化性。另一方面,反冲洗可较为彻底地去除失活后的仿生层,从而制备新的放生动态莫(BDM)。
【图文】：

结构图,多壁碳纳米管,单壁碳纳米管,结构图

图 1-1 单壁碳纳米管与多壁碳纳米管结构图[30]Fig. 1-1. Structure chart of SWCNTs and MWCNTs管改性制备工艺的差异，碳纳米管（CNTs）往往会含有各种杂因为具有高极化率、疏水性和平滑的表面结构可引起很从而影响其性能表现，因此往往要通过对其改性，赋予各散性和其他特性[31]。常见的改性方法有碱激发、表面氧化磁性颗粒改性、零价铁改性、特殊化学衍生或改性、高分固定化等[32]。如 Delhalle 等[33]通过红外照射和重氮化学碳纳米管（CNTs）改性结合，发现新合成的物质对于吸前的碳纳米管（CNTs）具有明显的提升。Dai[34]等通过将）和碳纳米管（CNTs）固定在静电纺丝纤维膜上，且该达 90%以上。

形貌,漆酶

、重金属、有机染料、农药等。Guan 等[36]利用羟基化的多壁处理直链烷基苯磺酸盐，，通过疏水效应、氢键形成等机理，发吸附量达 168 mg g-1；Gupta 等[37]制备三种改性碳纳米管（CNT-对三者形貌性能等方面进行表征和测试，研究表明在 PH 为 6米管对 Hg（II）有较好的吸附效果，具体排序为 CNT-S >Ts，而 CNT-S 最大吸附量为 151.5 mg g 1。述、固定化及应用述一个广泛存在于动植物中的多酚含铜氧化酶（如图 1-2 所示），(T1、T2、T3)，具有高效催化性、对多种污染底物有广泛特异绿色环保型催化剂[38-40]。此外，可被漆酶催化的数量达 250 种，中及无有毒有害产物生成，在工业废水净化中拥有较好的发展
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X791

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