焦化廢水經(jīng)生化處理后其污染物排放值仍難以達(dá)標(biāo),因此有必要進(jìn)行深度處理方可達(dá)到“零排放”要求�！半p膜法”處理是目前焦化廢水深度處理的最優(yōu)選擇,但由于膜易受污染,需要許多預(yù)處理單元保護(hù),整個(gè)處理流程復(fù)雜、維護(hù)繁瑣。因此迫切需要尋求一種工藝流程相對(duì)簡(jiǎn)單的膜處理技術(shù),為實(shí)現(xiàn)焦化廢水“零排放”提供研究示范。膜蒸餾(MD)結(jié)合了蒸餾與膜分離技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),理論上可100%分離水蒸氣和其他不揮發(fā)性組分,達(dá)到“一步式”凈水的目的。由于MD易與其他潛熱能耦合,這對(duì)于余熱資源豐富的焦化廠,采用MD深度處理焦化廢水具有一定的應(yīng)用潛力。同其他膜分離過(guò)程,MD運(yùn)行過(guò)程中也存在不可避免的膜污染問(wèn)題,因此急需制備一種MD抗污染專(zhuān)用膜。人們受“荷葉效應(yīng)”抗污染自清潔性的啟迪,采用了不同方法仿生制備超疏水膜。然而,一些有機(jī)物如類(lèi)腐殖酸可與超疏水膜發(fā)生吸附解析導(dǎo)致膜污染和潤(rùn)濕,使得其應(yīng)用受到了限制。最近的研究發(fā)現(xiàn),超雙疏表面可以抵抗油類(lèi)和其他疏水性物質(zhì)的污染。本研究對(duì)傳統(tǒng)疏水膜進(jìn)行超雙疏改性,研究其表面潤(rùn)濕性,并將其用于直接接觸式膜蒸餾(DCMD)處理焦化廢水生化出水(BTCW),檢驗(yàn)其抗污染和抗?jié)櫇裥阅堋Ｒ虼?本研究主要分為如下內(nèi)容:(1)采用納米SiO_2協(xié)同氟硅烷(17-FAS)對(duì)PVDF平板膜進(jìn)行表面改性,通過(guò)接觸角儀、掃描電鏡、X射線(xiàn)能譜及傅里葉變換紅外光譜進(jìn)行表征,并采用該材料用于DCMD處理BTCW。結(jié)果表明,改性后水和乙二醇的接觸角分別為154.8°和137.0°,膜材料表現(xiàn)出超疏水和疏油性;材料表面形成多級(jí)粗糙度結(jié)構(gòu)且表面官能團(tuán)發(fā)生變化,證明成功制備出SiO_2/17-FAS/PVDF復(fù)合膜材料。復(fù)合膜通量穩(wěn)定,明顯改善了原膜膜通量衰減(下降約41%)。復(fù)合膜出水中TOC從未改性前10.0 mg/L降低至2.0 mg/L,且色度、濁度、氨氮、UV_(254)等各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于原膜出水水質(zhì)。(2)采用響應(yīng)面法對(duì)膜改性條件:A(NaOH濃度)、B(SiO_2百分含量)及C(17-FAS體積分?jǐn)?shù))為控制參數(shù),進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。對(duì)回歸方程方差分析可知,影響膜表面水接觸角的因素:BAC;交互影響B(tài)CACAB。而對(duì)于油接觸角影響主要因素為C,交互影響B(tài)CAB,其中對(duì)乙二醇的影響最為顯著。通過(guò)對(duì)模型的評(píng)價(jià)與驗(yàn)證,預(yù)測(cè)模型準(zhǔn)確可靠,最優(yōu)改性條件如下:NaOH 7.52mol/L,SiO_2百分含量0.05wt%,17-FAS的體積分?jǐn)?shù)1.90%(V/V正己烷),此條件下復(fù)合膜對(duì)水、二碘甲烷和乙二醇的接觸角分別為161.18°、151.50°和153.11°。(3)在最佳改性條件下,采用靜電吸附法和共價(jià)接枝法分別制備出超雙疏復(fù)合膜-1和復(fù)合膜-2。經(jīng)表征發(fā)現(xiàn),復(fù)合膜-2表面形成更牢固的多維凹角微納米粗糙結(jié)構(gòu),這是構(gòu)造超疏油表面的關(guān)鍵,磨損沖擊實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明復(fù)合膜-2更穩(wěn)定。將超雙疏復(fù)合膜用于DCMD處理BTCW。經(jīng)120h實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn),原膜通量衰減達(dá)65%,膜表面被大量無(wú)機(jī)鹽、腐殖酸和雜環(huán)類(lèi)化合物(如啶,呋喃,喹啉)等粘附。復(fù)合膜-1和復(fù)合膜-2通量衰減分別為15%和6%,膜表面未檢測(cè)到污染物存在。這主要是由于復(fù)合膜表面超雙疏涂層的存在,對(duì)焦化廢水有很強(qiáng)的排斥作用,其內(nèi)有機(jī)污染物很難接觸膜表面,因此膜受污染程度小,通量衰減小。通過(guò)研究膜蒸餾出水電導(dǎo)率、TOC的變化規(guī)律可知:超雙疏復(fù)合膜出水水質(zhì)穩(wěn)定且優(yōu)于原膜出水。3D-EEM分析進(jìn)一步表明,原膜出水中檢測(cè)到腐殖酸類(lèi)污染物存在,說(shuō)明原膜被部分潤(rùn)濕,而超雙疏膜抗?jié)櫇裥Ч己�。上述結(jié)果表明,超雙疏復(fù)合膜具有更好的抗污染和抗?jié)櫇裥?而復(fù)合膜-2穩(wěn)定性最佳,有利于MD長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。超雙疏表面調(diào)控為MD膜抗污染改性提供了可行思路。
【學(xué)位單位】：山西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：X784;TQ051.893
【部分圖文】：

圖 1.4 接觸角模型：（a）Young 模型 ；（b）Wenzel 模型；（c）Cassie- Wenzel 過(guò)渡態(tài)模型；（d）Cassie 模型1.3.2 超疏水膜的制備固體表面的潤(rùn)濕性理論為構(gòu)建仿生超疏水表面提供了指導(dǎo)：構(gòu)造微納米粗糙結(jié)

圖 2.1 膜蒸餾實(shí)驗(yàn)裝置示意圖 實(shí)驗(yàn)裝置如圖 2.1 所示。整個(gè)裝置分為熱側(cè)和冷側(cè)兩個(gè)循環(huán)，溫水浴鍋和 DC-2006 智能低溫冷卻槽（寧波新芝生物科技有限過(guò)水浴恒溫控制熱側(cè)進(jìn)料液溫度為 60.0°C，冷側(cè)循環(huán)水溫度維持

（c） （d）.1 靜電吸附法制備復(fù)合膜過(guò)程中可能發(fā)生的機(jī)制示意圖：（a）表面羥基化；（b）表化；（c）靜電吸附 SiO2；（d）液相氟硅烷化 復(fù)合膜的表征
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2881707