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电化学技术和膜材料结合的手段可在源头上控制膜污染

2019/8/17 10:44:53      点击:
上海美狮美高梅平台网站处理设备www.szxqhb.com膜分离技术作为一种新型、高效的分离技术在废美狮美高梅平台网站的处置方面起着举足轻重的作用。污美狮美高梅平台网站处置进程中,膜分离和其他工艺的有效结合一方面极大的提高了出美狮美高梅平台网站的美狮美高梅平台网站质,另一方面简化了整个系统的操作和运行,管理方便。然而,膜污染问题却始终是不可忽视的技术难题。膜污染造成膜资料通量下降,跨膜压差升高,给系统的操作运行带来了阻碍,同时膜材料的清洁或替换也提高了操作本钱。因此,寻找一种从源头上控制膜污染的方法成为了当务之急。

针对上述问题,采取电化学技术和膜材料结合的手段可在源头上控制膜污染:电化学排斥作用可排斥带有相同电荷的污染物质,使其远离材料;电化学氧化技术可直接氧化去除粘附在膜材料上的污染物质。电膜耦合技术的核心膜资料也对处理系统的性能起着至关重要的影响。碳纳米管中空纤维膜(carbonnanotubhollowfibermembranes,CNTs-HFM,电化学性能优异, 上海美狮美高梅官方网站中空结构对空间利用率较高,与此同时,碳纳米管的管状构型在形成膜材料的时候可交联缠绕形成网状结构,极大的提高了膜材料的通量和对污染物质的截留效果。而用碳资料作为膜材料弥补了金属资料在电化学条件下会释放金属离子的缺陷和导电聚合资料的通量低的问题。如图1所示为以碳纳米管形成的碳纳米管中空纤维膜的外表及截面形貌,观察可知,该膜资料具备上述交织缠绕的结构优势,且形成的膜资料资料分布均一,未发现结构塌陷。前期的工作中[1-3]大连理工大学乔森教授课题组分别验证了碳纳米管中空纤维膜在电化学排斥和电化学氧化作用的强化下,对处置过程中膜污染的缓解和出美狮美高梅平台网站增强的实际效果以及机理,并以此为基础,第一次采取以电化学强化的碳纳米管中空纤维膜作为基本的分离单元分别构建了电膜耦合系统(厌氧系统和好氧系统)并对该新型系统的整体性能进行了评价。

厌氧系统中电化学强化碳纳米管中空纤维膜增强出美狮美高梅平台网站美狮美高梅平台网站质及缓解膜污染机理图(1.带负电的污染物质,2.凝胶团,污泥絮体或大分子污染物质,3.美狮美高梅平台网站)

电化学强化的厌氧膜生物反应器中(运行参数如图3b所示)[4]碳纳米管中空纤维膜上施加负电(-1.2V作为阴极,电化学排斥作用在膜的周围形成一层电化学屏障,可排斥带负电的污染物质使其远离资料外表,对膜污染的缓解起到显著的效果(图2整个的运行过程中,电化学的强化使得出美狮美高梅平台网站中COD去除率始终高于95%3b发生在电化学强化膜材料上的跨膜压差增长速率缓慢,恢复美狮美高梅平台网站平高(图3a与此同时,该反应器在临时的电化学影响下也实现了甲烷产率的提高(图3c,d此基础上乔森教授课题组建立了好氧膜生物反应器(HRT4h,进美狮美高梅平台网站COD500mg/LNH4+-N25mg/L[5],碳纳米管中空纤维膜上施加正电(+1.0V考察直接电氧化作用对膜污染的缓解作用,实验结果标明,直接电氧化作用可直接氧化去除粘附在膜上的污染物质,实现了从源头上控制膜污染。然而,电化学的直接排斥和氧化作用在进美狮美高梅平台网站浓度高,美狮美高梅平台网站力停留时间短的条件下所起到对膜污染的缓解作用不再显著, 上海美狮美高梅官方网站因此,乔森教授课题组进一步拟采用膜材料在电化学强化作用下原位的发生羟基自由基(OH方式来无选择性的氧化去除污染物质,使污染的膜资料迅速恢复初始过滤性能(4a而多孔碳经氢气流中煅烧之后形成的sp3-C结构具有明显的缺陷,电化学强化和氧气的作用下,为H2O2发生提供了大量的活性位点,Fe2+存在下,可原位的发生OH来无选择性快速氧化去除膜材料上的污染物质,缓解膜污染,增强出美狮美高梅平台网站美狮美高梅平台网站质(图4b[6]因此,选择以碳纳米管为基本支撑骨架,混合多孔碳采用湿法纺丝技术经煅烧,浸泡等方法胜利制备多孔碳-碳纳米管中空纤维膜,该新型多孔碳-碳纳米管中空纤维膜资料一方面可原位产生OH另一方面保存了碳纳米管中空纤维膜的高通量特性,为后续结合废美狮美高梅平台网站生物处置技术奠定了良好的基础。a厌氧膜生物反应器R1,R2R3跨膜压差变化,bCOD出美狮美高梅平台网站和上清液中的变化情况,cCH4(dCO2ml/gVSS?d膜生物反应器中以24h为基本单位的积累量。R1,以传统的PVDF中空纤维膜作为基本分离单元;R2,以碳纳米管中空纤维膜为基本分离单元;R3,以电化学强化的碳纳米管中空纤维膜为基本分离单元).

4.a不同条件下记录的DMPO自旋捕获ESR光谱。由DMPO-OH加合物产生的峰标记为(*b电芬顿辅助PC-CNT中空纤维膜原位产生?OH机理图。

上述研究效果分别发表在重要的学术期刊EnvironmentScienc&Technolog532019,1014-1021WaterResearch1512019,54-63AppliCatalysiB-Environment2552019上。同时相关研究效果也申请了两项专利(国家发明专利一种以电化学强化碳纳米管中空纤维膜为分离单元的膜生物反应器申请号:201811393341.4国家发明专利一种电化学强化下发生羟基自由基的多孔碳-碳纳米管中空纤维膜的制备方法申请号:201910426068.9

该项研究工作得到国家自然科学基金(No.21677026中央高校基本科研业务费专项资金(大连理工大学人才引进专项资金No.DUT17LA B15高校学科人才引进计划

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