典型大分子有机物对纳滤膜硅酸盐结垢的影响

发布时间：2018-10-18 08:45

【摘要】：纳滤膜(NF)是一种功能性半透膜,允许溶剂分子、某些低价离子或低分子量溶质透过,性能处在反渗透膜与超滤膜之间,孔径约为1-2 nm,截留分子量大约是200-1000 Da。NF膜表面通常荷电,电荷作用与筛分作用是决定溶质截留的主要机制,对高价离子的截留能力高于单价离子。NF膜被广泛应用在海水淡化、废水处理、饮用水深度处理等领域中,由于污染物在膜面的累积与沉淀造成的膜污染,会导致水通量降低及膜更换周期缩短,降低了纳滤膜技术的经济效益并成为其应用的主要瓶颈。当水体中存在多种污染物时,与单一污染物相比,有机污染物和无机盐在溶液中共存时膜污染更为显著。在污染初期,膜表面可能优先生成有机污染层,有机污染层改变纳滤膜表面特性,从而影响无机盐结垢在纳滤膜表面的生成。另外,有机污染物与无机盐的协同作用也会影响无机盐结垢行为。本实验通过凝胶相转化法制备聚砜超滤膜,再利用界面聚合法制备聚酰胺复合纳滤膜。探究海藻酸(AA)和腐殖酸(HA)在纳滤过程中的不同存在条件,即在溶液中与饱和硅酸盐共存、在膜面生成有机污染层,对聚酰胺复合纳滤膜硅酸盐结垢的影响。研究硅酸盐结垢过程中的通量衰减趋势;利用扫描电子显微镜(SEM)及原子力显微镜(AFM),研究膜表面污染层结构;通过Zeta电位研究静电排斥作用对硅酸盐结垢的影响;采用AFM结合二氧化硅胶体探针分析不同结垢阶段的粘附力特点。通过耗散型石英晶体微天平(QCM-D)吸附试验表征传感器表层污染层特性。本试验结果如下:(1)聚酰胺复合纳滤膜性能如下:在室温、压力为0.6 MPa下,水渗透通量为(35±5)L/(m2·h),硫酸镁截留率大于92%,渗透通量为(27±2)L/(m2·h);截留分子量为365 Da,膜孔径约为4.68×10-10 m;膜表面接触角为(53±2)°,平均粗糙度Ra为7.71 nm。(2)有机物不同存在条件下,以新膜的硅酸盐结垢作为对比,综合通量衰减率、SEM图及AFM形貌图分析可知,有机物与硅酸盐在溶液中共存可以较弱程度地减轻硅酸盐结垢;而膜表面预先生成有机污染层,则能够明显减弱硅酸盐结垢程度。利用去离子水对污染膜进行冲洗,有机物与硅酸盐在溶液中共存时,清洗效果非常微弱;当膜表面预先生成有机污染层之后进行硅酸盐结垢,清洗效果较为显著。(3)在硅酸盐结垢过程中,两种膜与溶解性硅酸盐离子间的静电排斥作用为:新膜有机污染膜,故有机污染膜表面的硅酸盐饱和度远低于新膜表面的硅酸盐饱和度,因此有机污染膜表面的硅酸盐结垢程度和速率远低于新膜表面的硅酸盐结垢程度和速率。结合粘附力结果可知,膜-SiO2探针及硅酸凝胶-膜两系列作用力均为:有机污染膜新膜,说明膜面生成有机污染层后,硅酸盐结垢会被减缓,有机污染膜面和溶解性硅酸盐间的静电作用成为有机污染膜面硅酸盐结垢的主导因素。当有机物与饱和硅酸盐在溶液中共存时,两系列粘附力均为:有机污染膜有机与硅酸盐共存时(新膜),与通量衰减趋势一致。(4)QCM-D实验初期,硅酸盐受粘附力的作用,迅速在传感器的表面发生吸附。与硅酸盐在传感器表面的吸附量相比,有机物与硅酸盐在溶液中共存时,吸附量增加,与通量衰减趋势相反,但吸附层较为柔软,推测膜通量衰减较小可能是因为膜面的吸附层较为柔软疏松,透水性较强。传感器表层预先生成有机污染层后,吸附层刚性较大,硅酸盐吸附量减小,与通量衰减趋势一致,说明预先生成的有机污染层减缓硅酸盐结垢。
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【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X703

【参考文献】