荷正电纳滤膜的制备及其在染色废水处理中的应用研究

【摘要】本课题围绕废水处理领域对高性能、低成本纳滤膜的巨大需求，结合中空纤维膜比表面积高、制造简单以及浸没式工艺高效率低能耗的特点，开展了荷正电中空纤维复合纳滤膜的制备及其在染色废水处理中的应用研究。实验采用表面涂覆交联工艺，以聚丙烯（PP）中空纤维超滤膜为基膜、亲水性高分子聚季铵盐（PQ-10）/聚乙烯醇（PVA）为功能涂覆材料、戊二醛（GA）为交联剂，制备PQ-10/PP复合纳滤膜。从聚合物浓度、交联剂浓度、涂覆时间、交联时间、添加剂浓度等膜制备参数入手，探讨并优化了正电性复合纳滤膜的制备方法和工艺，获得复合纳滤膜的最佳成膜条件。实验采用扫描式电子显微镜（SEM）、衰减全反射-傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）、接触角测试仪和Zeta电位仪等仪器对PQ-10/PP复合纳滤膜的物理化学性质进行表征。采用加压过滤实验，系统研究了得到的PQ-10/PP复合纳滤膜的截留分子量（MWCO）、水渗透系数（PWP）以及对不同无机盐水溶液的分离性能。最后，采用浸没式过滤工艺，研究了PQ-10/PP复合纳滤膜对有机染料分子的脱除性能以及处理染色废水的性能、膜污染机理及清洗工艺。得到以下结论：（1）红外分析证实，通过PQ-10、PVA与GA的交联反应，可成功在PP基膜表面生成活性分离层，获得PQ-10/PP复合膜。扫描电子显微镜的分析结果表明，得到的PQ-10/PP复合膜的选择分离层厚度约为0.3μm，且致密、平整。Zeta电位测试显示，PQ-10/PP复合膜在pH为3-9时均呈正电。（2）聚合物浓度、交联剂浓度、涂覆时间、交联时间、添加剂浓度等影响PQ-10/PP复合膜的性能。聚合物浓度和交联时间增加，复合膜对无机盐的截留率上升，渗透通量下降；涂覆时间和添加剂增加，膜对无机盐截留率先上升后下降。PQ-10/PP复合膜的最佳制备条件确定为：PQ-10浓度=2.5w/v%、GA浓度=1.7w/v%、涂覆时间=10min、交联时间=13.5h、添加剂含量=1.0w/v%。所制备的PQ-10/PP复合膜在25℃、0.3MPa下，对500mg/lCaCl2和NaCl溶液的截留率分别为92.3%和41.2%，纯水通量为31.1l·m-2·h-1。（3）PQ-10/PP复合纳滤膜对不同无机盐的截留顺序为：CaCl2(91.3%)>MgCl2(86.9%)>KCl(41.8%)>NaCl(38.8%)>MgSO4(25.1%)>CaSO4(24.2%)，且复合膜对无机盐的截留率随盐溶液浓度的增加而下降，体现了典型的荷正电高分子纳滤膜的分离特征。PQ-10/PP复合纳滤膜的截留分子量约为685Da，对维多利亚蓝B、灿烂绿和刚果红的截留率均大于95.0%。膜对染料的分离性能受染料浓度、无机盐浓度等的影响。（4）采用浸没式过滤工艺，PQ-10/PP复合纳滤膜可有效实现对染色废水的脱色和降COD。在0.07MPa、25℃下，PQ-10/PP复合纳滤膜处理染色废水的渗透通量为4.2l·m-2·h-1、COD去除率为73.6%、脱色率为63.3%，而处理经生化处理的染色废水的渗透通量为4.9l·m-2·h-1、COD去除率为36.9%、脱色率为18.5%。在浸没式过滤过程中，膜污染主要由沉积在膜表面的可逆污染物和吸附在膜孔内的不可逆污染物组成，其中可逆污染占总污染的60%以上。高跨膜压差更容易导致膜污染，而低跨膜压差下，COD脱除效果较好、膜清洗的通量恢复率高。添加CTAB可提高膜清洗效果。
【作者】郑银萍；
【导师】俞三传；
【作者基本信息】浙江理工大学，应用化学，2014，硕士
【关键词】荷正电膜；中空纤维膜；复合纳滤膜；染色废水；浸没式过滤；

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