减压膜蒸馏法分离偶氮染料废水的研究

采用减压膜蒸馏过程,实验研究了0.22 μm的疏水性聚四氟乙烯(PTFE)微孔膜处理偶氮染料废水的可行性.实验研究了进料温度、进料浓度、进料流速、冷侧压力对膜通量及截留率的影响.实验结果表明,在所研究的工艺条件范围内,进料温度、进料流速的提高和进料浓度、冷侧压力的降低有利于膜通量增大;进料温度的提高和进料浓度、进料流速、冷侧压力的降低使截留率增大.降低膜面的水蒸气汽化的表观活化能是提高膜通量的重要措施.     

两亲聚合物的合成及其在聚偏氟乙烯膜改性中的应用

利用异佛尔酮-二异氰酸酯(IPDI)、聚乙二醇(PEG)、甲基丙烯酸-β-羟乙酯(HEMA)和乙二醇(EG)合成了一种新型的聚氨酯丙烯酸酯大分子单体,并进一步与甲基丙烯酸甲酯(MMA)聚合,制备了一种既含有相对疏水链段、又含有相对亲水链段的两亲聚合物.最终产物添加到聚偏氟乙烯(PVDF)原材料中通过L-S相转化法制得聚合物分离膜.通过FT-IR表征了大分子单体的结构,GPC测定了两亲聚合物的分子量;通过纯水渗透通量、对牛血清蛋白(BSA)的截留率、接触角测定和耐污染性实验表征了超滤膜的性能.实验表明,两亲聚合物占聚合物质量分数的5%时,膜的纯水渗透通量由23.4 L/(m2·h)提高到78 L/(m2·h),而截留性能基本保持不变.在两亲聚合物质量分数从0～15 %变化范围内,接触角由79°降至62°.膜通量衰减实验表明改性后膜的耐污染性得到提高.     

填充纳米SiO2对聚偏氟乙烯膜性能的影响

聚偏氟乙烯(PVDF)是一种性能优良的膜材料,被广泛用于溶液的净化、分离、浓缩过程.但由于它的疏水性,膜在分离过程中极容易受到蛋白质等有机物的污染,会导致膜通量下降,使用寿命缩短.为提高膜的性能,将经过γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性的纳米SiO2粒子填充到聚偏氟乙烯铸膜液中,通过溶胶-凝胶法制得复合膜,并对该膜的形貌、韧性、亲水性和中水处理的性能进行了表征.结果表明,改性的纳米SiO2能够在膜内均匀分散,使复合膜的韧性显著提高,在处理中水过程中纳米SiO2粒子与PVDF结合良好;膜的接触角由83°下降到41°,通量相对稳定,在0.1 MPa操作压力下通量维持在280 L/(m2·h),表明复合膜的耐污染能力大大增强.     

戊二醛-硫酸混合交联壳聚糖/聚砜复合纳滤膜的结构与性能

以聚砜超滤膜(截留分子量10 000)为基膜,壳聚糖乙酸溶液为铸膜液,使用相转化法制备了戊二醛-硫酸混合交联壳聚糖/聚砜复合纳滤膜,并研究了壳聚糖浓度、戊二醛-硫酸混合交联剂等因素对该膜分离效果的影响.在操作压力1.6 MPa、流量30 L/h、20℃条件下,测得纯水通量为12.84 L/(m2·h),对2 000 mg/L的NaCl、MgCl2、Na2SO4和MgSO4的截留率分别为6.6%,94.5%,34%和80.4%,水通量依次为6.93,11.92,6.95和6.73 L/(m2·h);对分子量不低于280的有机物截留率高于90%;对0.01～0.1 mol/L KCl溶液在0.1～0.7 MPa下测定膜的流动电位为60～6 mV/MPa.电解质离子分离机理取决于膜与电解质离子之间的电荷作用.     

空气隙膜蒸馏过程传质的强化

采用双向入流的圆形短管膜组件,并将超声激励技术用于膜蒸馏系统,以提高空气隙膜蒸馏通量.以自来水和稀盐溶液为料液,研究冷热溶液温差、空气隙厚度、超声激励和溶液浓度对蒸馏通量的影响.实验结果表明:合理设计膜组件、有效布置溶液的流动和控制实验参数,及超声激励技术,能降低温度极化、浓度极化和膜污染,从而有效提高空气隙膜蒸馏通量.     

新型多孔碳化硅陶瓷膜管的制备与性能表征

以SiC为骨料,选用低共熔混合物作为烧结助剂,用液相烧结技术制备出单通道多孔陶瓷支撑体,采用悬浮粒子浸涂法对支撑体涂覆氧化铝膜.考察了氧化铝膜、烧成温度对支撑体孔径分布和空气渗透通量等性能的影响.结果表明:涂膜后膜管的孔径分布变窄,空气渗透通量略有下降;随着烧结温度的提高,结合剂的高温特性使得支撑体的开孔率和空气渗透通量分别下降了1.9%和17.9 m3/(m2·h),孔径分布变宽,平均孔径增大.     

PVDF/CA共混微滤膜的研制

通过PVDF与CA共混来提高PVDF膜的亲水性,以纯水通量、膜的最大泡点压力、平均泡点压力等性能为指标,设计了九因素(共混比、固含量、溶剂种类、溶剂比、添加剂种类及含量、蒸发时间、凝胶浴温度、凝胶时间)四水平的正交试验表研究膜制备过程中各因素对PVDF/CA共混微滤膜性能的影响.实验结果表明:固含量是最主要的影响因素,其次是共混比、溶剂种类、添加剂含量、凝胶浴温度、凝胶时间、蒸发时间、添加剂种类和溶剂比.较佳的成膜条件为:PVDF/CA共混比4∶1,固含量12%～14%,添加剂N-甲基-2-吡咯烷酮质量分数2%～3%,二甲基甲酰胺/正丁醇混合溶剂比7∶1,蒸发时间30 s,在20～30℃的自来水中凝胶50～70 min.在此较优条件下可制备孔径为0.55～0.65 μm,0.06 MPa下的纯水通量27℃时为205.37～292.53 mL/(cm2·h)的PVDF/CA共混微滤膜.     

用减压膜蒸馏淡化罗布泊地下苦咸水

考察了减压膜蒸馏过程淡化高浓度盐溶液过程中温度、浓度、真空度对膜通量的影响,结果表明:膜的渗透通量与温度的倒数呈指数关系,高真空度下膜的通量与膜两侧水蒸气分压平方根的差呈直线关系,这种直线关系说明了水蒸气在膜孔内的传质过程是以扩散为主;当盐溶液浓度达到一定量时,浓度的增大对膜通量的影响较小.将减压膜蒸馏应用于新疆罗布泊地区地下苦咸水的淡化处理,可获得馏出液电导率均小于10μS/cm的较好效果.     

动态LBL组装聚离子膜对乙醇/水体系的渗透汽化性能

采用动态层-层吸附成膜法(动态LBL),以聚醚砜超滤膜为基膜,以聚丙烯酸(PAA)、聚乙烯亚胺(PEI)为聚离子制备了聚离子复合膜.考察了动态成膜与静态吸附成膜的膜性能比较,研究了动态过滤时间、聚离子浓度、进料浓度、温度等因素对该复合膜渗透汽化性能的影响;并对复合膜表面和截面做了扫描电镜分析.在40℃时,该复合膜对乙醇/水体系的分离因子可达1 300,渗透通量约150 g/(m2·h),体现了较好的渗透汽化分离性能.     

乙醇水溶液真空膜蒸馏分离过程的模拟分析

真空膜蒸馏技术可用于分离水溶液中的有机挥发性化合物(VOCs),是一种治理遭受VOCs污染工业废水的新方法.对低浓度乙醇水溶液二元体系下的真空膜蒸馏过程展开了模拟分析,膜内的传质按Knudsen扩散原理考虑,界面上的平衡关系按Van Laar活度系数法给出.模拟结果表明:过程的操作参数对分离效率有较大的影响,进口温度、料液流量、浓度和真空度增加,膜通量将增加;分离因子随进口温度、真空度、浓度增加而减少,料液流量对分离因子影响与真空侧流动形式有关.真空侧流动形式对分离因子有一定的影响,并流条件下,分离因子最大.     

聚乙烯醇/壳聚糖共混膜渗透汽化性能研究

制备了聚乙烯醇(PVA)/壳聚糖(CS)共混膜,用渗透汽化膜技术实现了甲醇/碳酸二甲酯二元共沸物的有效分离,研究了共混组成、操作温度、原料组成对膜分离性能的影响,结果表明,随着共混膜中CS含量的增加,膜的渗透通量增大,分离系数先增大后减小,当共混膜中CS含量为66%时,该膜具有优异的渗透汽化性能,有较大渗透汽化分离指数PSI值=660.8g/(m2·h).操作温度升高,膜的渗透通量增大,分离系数略微减小;随着原料中甲醇含量的增大,膜的渗透通量增大,分离系数减小.该共混膜在分离甲醇/碳酸二甲酯二元共沸物时得到的渗透侧甲醇的浓度远大于对应饱和蒸汽的浓度,表明用膜法渗透汽化分离是优于精馏分离的.     

聚醚砜酮合金超滤膜的制备及表征

采用含二氮杂萘酮结构的磺化聚醚砜酮与聚醚砜酮共混的方法制备了一种新型荷电超滤膜.通过孔隙率、表面接触角、离子交换容量以及对达旦黄水溶液、聚乙二醇(PEG)6000水溶液分离性能的测试和扫描电镜对膜孔结构的观察,研究了合金膜中磺化聚醚砜酮含量对膜性能的影响规律.结果表明:当铸膜液中磺化聚醚砜酮含量从0增加到3%时,合金超滤膜水通量增大到491 L/(m2·h),对PEG6000的截留率可达86%.合金超滤膜具有高水通量、高截留率、亲水性好等特点.     

陶瓷膜澄清食醋的工艺研究

采用陶瓷膜技术澄清食醋时加了预处理工序,对有无预处理工序的两种工艺进行了膜通量变化和膜再生的对比研究.结果表明:预处理后的食醋经陶瓷膜澄清时,通量衰减缓慢,膜再生效果好.在此工艺路线下研究了各影响因素对膜通量的影响,确定了适宜的工艺参数:膜孔径80 nm、跨膜压差0.14 MPa、雷诺数6 000、料液温度25～30 ℃、浓缩倍数不大于10;采用分步反冲技术使平均膜通量维持在43 L/(m2·h)以上;化学清洗方法可使膜通量恢复至96%以上;澄清后的食醋的质量指标均符合国家标准,避光放置18月以上无返混现象.此工艺比单独膜澄清时的膜使用寿命增加0.5年左右,运行成本减少了3.71元/t(现在生产成本为30.01元/t).系统运行近两年,运行稳定.     

TiO2膜光催化水处理设备的研制和应用

以大流量处理微污染水为目的,采用溶胶-凝胶法在炻器管内壁负载纳米TiO2膜,以150 W低压汞灯为主要光源置于管内组成光催化反应膜管,由多根膜管组成的光催化水处理设备的总膜面积为6.13 m2,总反应容积为105.38 L,低压汞灯总功率为2 100 W.当处理量为0.5 t/h时,某印染废水、制药废水和南京秦淮河水的CODCr值分别由初始的104 mg/L,63mg/L,24 mg/L降低为37 mg/L,19 mg/L,12 mg/L,去除率分别为64.4%,70%,50%.降低处理量可提高CODCr去除率,但能耗增加.南京秦淮河水样含细菌总数4.1×106个/L,大肠菌群数1.7×104个/L,经光催化设备处理后,灭菌率为100%,日光照射10 h无细菌复活.采用1 mol/L的H2SO4溶液浸泡24 h,污染的TiO2膜光催化降解能力可以恢复到初始的95%.     

二次生长法FAU型沸石膜的合成与表征

采用二次生长成膜的方法,在合成液的配比为46Na2O∶12.8SiO2∶1Al2O3∶4 500 H2O的稀溶液中,在大孔α-Al2O3陶瓷管载体外表面,合成出致密的FAU型沸石膜,并用扫描电镜、X射线衍射以及气体渗透性能等手段对沸石膜进行了表征.用热浸渍法将与载体孔径尺寸相近的晶种引入载体表面,晶种嵌入了载体表面的孔口和次孔口,且均匀地分布在膜管表面,明显改善了载体的表面性质,促进了膜的生长.所制备的膜表面晶粒相互交织生长完好,致密,连续,规整,无裂缺,沸石膜厚约6～7 μm.H2的渗透率为1.46×10-6 mol/(m2·s·Pa),H2/SF6的理想分离因子为9.67,高于其努森扩散值8.54.对稀溶液中沸石膜的形成机制也进行了探讨.     

采用表面凝胶化技术制备超疏水性涂膜

采用表面凝胶化技术制备了超疏水性涂膜.在醇溶性氟化聚合物溶液中,在水量不足的酸性条件下,掺杂聚四氟乙烯(PTFE),得到了杂化复合溶胶.涂敷后,以表面凝胶化技术为手段,在涂层表面形成了微米和纳米相结合的阶层结构膜.TEM和XPS证实了凝胶化只在膜表面发生,SEM和AFM观察到膜表面的形貌与天然荷叶表面极其相似.该方法制备的涂膜对水的接触角高达155°,并具有良好的力学性能,可用于制备超疏水性功能化膜材料.     

中空纤维膜接触器用于柠檬酸盐溶液吸收模拟烟气中SO2的研究

采用中空纤维膜接触器对柠檬酸盐溶液吸收模拟烟气中SO2的行为进行了研究.考察了柠檬酸盐溶液浓度、溶液pH值对膜吸收效果的影响,对比了不同中空纤维膜材料的吸收效果,考察了吸收液中硫酸根的生成情况.研究结果表明:增大柠檬酸盐浓度有利于提高SO2的吸收速率和容量;吸收液pH值越高,吸收效果越好;疏水性中空纤维膜吸收效果优于亲水性膜;吸收液中硫酸根离子浓度随时间基本呈线性增加,增加的速率约为0.192 g/(L·h).     

双极膜电渗析法制备乳酸

利用两室型双极膜电渗析法从乳酸钠溶液中制备乳酸.探讨了电渗析过程中的转化率、电流效率、能耗、回收率等指标.实验结果表明,JCM-1膜比DF120膜更适合于本实验过程;在乳酸钠的转化率为95%的条件下,乳酸的回收率达到90%以上,电流效率在60%左右,电能消耗在2.5～3.5 kW·h/kg之间.膜的耐久性还需提高.     

气冲强化动态超滤处理大豆乳清液

通过中试研究,考察气冲强化动态超滤处理大豆乳清液的效果和工艺参数.对于经过预处理的大豆乳清液,采用该动态超滤可以极大地延缓膜通量的衰减速率,在气冲强度5.0m3/h、压力0.05 MPa、温度45℃和pH 7.0的最优操作条件下,膜的过滤周期达到1 200 min以上,远大于死端过滤或切向流过滤时膜的过滤周期.对污染后膜的清洗表明,该组件形式有利于膜的水力冲洗和化学清洗;对蛋白质和糖类的分离效果进行监测,结果表明气冲强化动态形式不改变超滤膜对目标物质的分离特性.     

聚砜-硅橡胶富氧膜的制备

研究了聚砜超滤底膜的种类,聚砜底膜上涂敷的硅橡胶的种类、浓度、涂敷次数、涂敷速度以及过程操作压力等对聚砜-硅橡胶复合膜富氧性能(富氧浓度和透气量)的影响,并在此基础上确定了较佳的硅橡胶类型和超滤底膜,最后在较佳的工艺条件下制得了富氧浓度为29.9%,富氧透气量为17.28 L/(m2·min)的能满足工业应用需要的聚砜-硅橡胶复合膜.此外,还对聚砜超滤底膜的结构进行了扫描电镜分析.