β塞隆陶瓷膜的表面修饰及膜分离应用的研究

发布时间：2020-11-12 11:13

　　 由于人类社会的不断发展,造成了水资源的短缺、污染等问题,加之人类可直接利用的水资源更是十分有限,所以这项问题成为了人类社会进一步发展的巨大阻碍。水资源短缺更是会带来生态环境问题,并且危害物种多样性。在中国,这种问题尤为严峻,人均水资源少、缺水城市数量多等问题造成了许多群众生活不便,社会发展受到阻碍。一方面,地球上大部分的水是海水,可直接使用的水资源近占3%;另一方面,社会发展造成的污染水被直接排放,除了危及生态与人类健康,这些水资源也被白白浪费。所以,海水淡化技术和污水处理技术被认为是能够解决当前人类水问题的主要手段。含油废水是含油类物质的废水的总成,一般由工业、农业以及家庭的生产生活过程中产生,且产量巨大。含油废水的直接排放不仅会危害生态和人类,还造成了大量珍贵水资源的浪费。分离法、吸附法、化学法甚至微生物降解技术都被不断的用于含油废水的处理,但效果不佳。于是,高效、便捷、低成本膜分离成为了近年来分离油水的重要技术。海水淡化是将海中的杂质分离从而获得淡水的过程,并且早在16世纪就被发明,并于上世纪30-40年代的中东地区开始规模化出现,并取得了世界范围的认可。现如今,我国也对该项技术加以重视,不断出台政策、开设研发中心,力求通过该技术缓解水资源短缺现象。而目前的海水淡化技术主要分为物理和化学法,像多级闪法、反渗透法等已经取得了规模化的应用。膜蒸馏被发现可用于处理海水的时间相对较晚,但由于对膜材料的要求难以满足,所以没有得到过多的关注。本文尝试寻找在油水分离和膜蒸馏领域具有应用前景和可靠性能的多空陶瓷膜材料。通过相转化流延技术以及烧结成型工艺制备了具有高强度和合适的孔径分布的β塞隆非对称性多孔陶瓷膜,同时对陶瓷膜的表面进行修饰(二氧化硅纳米颗粒修饰以及疏水修饰),使其能够满足油水分离和膜蒸馏实验的要求。主要内容为:第一章介绍了当前的水资源紧缺、油水分离和海水淡化的重要性和必要性;含油废水的问题、相关技术以及应用;膜蒸馏技术的发展、优缺点以及分离;以及油水分离和膜蒸馏实验对于设备和陶瓷膜的要求,并明确了实验的设计和全文的构思。第二章罗列了实验所用的原材料、试剂以及相关的制备和测试设备。第三章简单介绍了β塞隆陶瓷膜的制备流程以及表面缩孔修饰的探究。通过相转化流延工艺以及高温烧结,制备了强度可靠、形貌典型的陶瓷膜材料。然后探究了正硅酸四乙酯水解制备二氧化硅并沉积在陶瓷膜表面以达到缩小陶瓷膜孔径的目的的实验。最终通过Stober法制备了形貌均一稳定的二氧化硅纳米颗粒,并通过烧结增强膜与颗粒之间的结合强度。第四章是对二氧化硅纳米颗粒修饰后的陶瓷膜表征以及油水分离实验的介绍。(1)修饰后的陶瓷膜表面均匀附着二氧化硅纳米颗粒,孔径尺寸明显减少(1.05μ哗到0.65μm),其透气、透水量都有一定程度的减少;(2)接着进行了油水分离实验,并探究压力和流速对于膜的影响,获得了高通量的同时也达到了优秀的截留率。第五章是对β塞隆陶瓷膜的疏水性修饰并用于膜蒸馏实验。通过硅氧烷热解法使陶瓷膜表面获得疏水性能,并能在酸碱、废水中保持稳定疏水性能。同时可以保持在直接接触膜蒸馏实验中较长时间的稳定通量。第六章主要是总结前文的所有工作,以及对工作中遇到和产生的问题和不足进行总结,并对以后的规划和打算做说明。
【学位单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ051.893
【部分图文】：

３６００万吨，直接供给世界５％人口的生产生活。近年来，我国越来越重视海水淡??化技术的发展和应用，不断的出台各项政策，开设实验点，力图通过该种技术缓??解水资源短缺的现象。该技术主要有以下几类，如图１．１所示。根据盐水分离过??程的不同，当有新物质生成时，海水淡化的方法属于化学法，反之则属于物理的??方法。物理方法主要包括，利用热能驱动的热方法和利用膜进行盐水分离的膜方??法；而水合物法和离子交换法是化学方法的主流。目前世界上主要大规模应用的??海水淡化技术主要有多级闪法、多效蒸馏和反渗透法。??１??

第一章绪论???水的目的。反渗透法由于自身低能耗、高效率等优势，在目前得到了广泛的??。特别是近年来，石墨烯以及碳纳米管等新材料作为半透膜呈现出了良好的??性，使得该项技术持续成为研宄热点。该技术在海水淡化、纯水储备、废水??等领域发挥着重要的作用，并且不断成为了人们对于海水淡化装置的首选。??法是上世纪中叶，美国政府援助开发的新技术。距今三十年前，美国将该法??的水作为航空飞行员的饮用水，即太空水。因此，该技术在未来的数十年是??效、最关键的水处理方式。??

图１．４气浮法设备结构示意图??光化学氧化法，是一种利用太阳光产生的化学反应处理含油废水的方法。通??过太阳光的紫外线辐射降解含油废水中的油相和杂质，并且通常使用半导体材料??作为反应催化剂，加快反映进程。这种方法可以是含油废水中产生许多的自由基??团，由于其活性极高，所以非常容易破坏油滴这种有机相。二氧化钛（Ｔｉ〇２）、??氧化钨（ｗｏ３）等是常用的光催化剂，价格低廉且稳定性好。但目前光化学氧化??法仍旧需要时间进行相关的研宄和探索，去解决设备成本高，批量应用难度大等??问题［２１－２３］。??化学氧化法，是借助氧化剂的强氧化特性将污染物氧化为无毒、无污染物的??过程。氧气（〇２）、双氧水（Ｈ２０２）、氯气（Ｃｌ２?）、氯酸根（ＣＩＯ＿）、高锰酸钾（ＫＭｎ〇４）??等是常见的氧化剂，能够将含油废水中的油相和有机污染物转变成无污染的、环??境友好物，达到净化分离的目的［２４］。??６．微生物降解法??微生物降解法，是利用了微生物对含油废水中的油和其他有机物进行降解，??一一
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本文编号：2880680