【摘要】：天然有機(jī)物（Natural Organic Matter，NOM）廣泛存在于地表和地下水中，是多種消毒副產(chǎn)物的前驅(qū)物。如何有效地去除水中NOM對(duì)于提高給水水質(zhì)、滿足日益嚴(yán)格的飲用水標(biāo)準(zhǔn)具有重要意義。超濾（Ultrafiltration，UF）能有效去除水中的懸浮顆粒、膠體雜質(zhì)、微生物、細(xì)菌病毒和一定量的可溶性有機(jī)物，是替代傳統(tǒng)飲用水處理技術(shù)的理想選擇，目前正在飲用水處理領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。然而，由于超濾膜的截留分子量較大，導(dǎo)致它不能有效地去除水中的NOM。同時(shí)，膜污染問(wèn)題是制約其廣泛應(yīng)用的另一個(gè)原因。 本研究通過(guò)對(duì)再生纖維素膜（Regenerated Cellulose，RC）進(jìn)行荷電改性，比較中性膜和荷電超濾膜對(duì)水中NOM的去除率和膜通量的衰減情況�？疾炷じ男缘暮呻娏俊⒔亓舴肿恿�、膜材料和NOM的不同組分對(duì)荷電超濾過(guò)程的影響。此外，還研究了溶液pH值、離子強(qiáng)度和代表水體硬度的鈣離子濃度等溶液環(huán)境因素對(duì)荷電超濾行為的影響。最后進(jìn)一步比較了荷電超濾膜與納濾膜對(duì)水中NOM的去除效果。 為了獲得更加耐用、抗污染的超濾膜，本研究還通過(guò)添加聚乙二醇（Polyethylene Glycol，PEG）、氯化鋰（LiCl）和二氧化鈦（TiO_2）等添加劑，制備并表征了改性后的聚偏氟乙烯（Polyvinylidene Fluoride，PVDF）超濾膜。在死端過(guò)濾和錯(cuò)流過(guò)濾的實(shí)驗(yàn)條件下，研究了不同種類(lèi)的改性PVDF超濾膜對(duì)水中NOM的去除率和膜通量的衰減情況。同時(shí)，重點(diǎn)考察了TiO_2改性后的PVDF超濾膜的光催化性能。 研究結(jié)果表明，對(duì)中性RC膜進(jìn)行荷電改性，在傳統(tǒng)篩分機(jī)理和靜電相互作用力的共同作用下，可以有效提高截留率，同時(shí)減輕膜污染。對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在去除水中NOM的應(yīng)用環(huán)境中，荷電超濾膜具備替代納濾膜的技術(shù)可行性。膜的截留分子量、改性后的荷電量、膜材料的性質(zhì)以及NOM組分的親疏水性對(duì)荷電超濾過(guò)程有著重要影響。此外，溶液環(huán)境因素同樣影響荷電超濾膜的性能。盡管溶液環(huán)境因素對(duì)中性膜和荷電超濾膜的截留率和膜通量衰減的影響幅度不同，但趨勢(shì)基本一致。水體的pH值通過(guò)質(zhì)子化作用影響NOM分子和荷電膜表面的荷電量。水體的離子強(qiáng)度影響NOM分子的物理化學(xué)性質(zhì)，改變NOM分子的形狀以及膜表面的靜電屏蔽作用力。代表水體硬度的鈣離子濃度影響膜與NOM分子的靜電相互作用力的大小以及膜表面濾餅層的致密/疏松程度。所以，在應(yīng)用超濾膜去除水中天然有機(jī)物的過(guò)程中，不僅要考察膜本身的性質(zhì)（如截留分子量、荷電量、膜材料的親疏水性），還要考慮溶液環(huán)境等諸多影響因素，以便在提高截留率的同時(shí)，減輕膜污染。 在研究具有光催化性能的TiO_2改性PVDF超濾膜的制備與改性實(shí)驗(yàn)中，研究結(jié)果表明，將TiO_2納米顆粒按適當(dāng)比例添加到PVDF膜中，可以有效提高截留率，同時(shí)減輕膜污染。TiO_2納米顆粒的添加可以改善PVDF膜的親水性，同時(shí)提高截留率。TiO_2改性PVDF膜在光催化條件下還具有良好的自清潔性能。光催化條件下的TiO_2改性PVDF膜在錯(cuò)流過(guò)濾實(shí)驗(yàn)中，污染物在膜表面的沉積與污染物的光催化降解這兩種過(guò)程可能會(huì)達(dá)到一種平衡狀態(tài)。對(duì)于TiO_2光催化膜，UV輻照有望成為一種新的膜清洗方法。與傳統(tǒng)的物理化學(xué)清洗方法相比，這種新型膜清洗方法具有節(jié)能環(huán)保、高效徹底以及無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)，技術(shù)應(yīng)用前景廣闊。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類(lèi)號(hào)】：X703
【圖文】：

圖 1-1 腐殖酸的分子結(jié)構(gòu)圖[4]Fig. 1-1 Schematic of humic acid model structure（2）富里酸，它既溶于酸性環(huán)境，又溶于堿性環(huán)境，顏色為淺黃色和淺棕色。富里酸的分子結(jié)構(gòu)與腐殖酸類(lèi)似，但脂肪族分子結(jié)構(gòu)較多，芳香族分子結(jié)構(gòu)較少。（3）胡敏酸，它既不溶于酸性環(huán)境，也不溶于堿性環(huán)境，顏色為黑色。腐殖質(zhì)具有離子交換性，可以與水中其它物質(zhì)絡(luò)合，如有機(jī)微生物污染物和重金屬離子，研究表明，這種絡(luò)合過(guò)程會(huì)影響重金屬離子對(duì)水溶性有機(jī)物造成的毒性[9]。Stevenso[10]等人研究了不同種類(lèi)的陽(yáng)離子與腐殖質(zhì)發(fā)生分子絡(luò)合的優(yōu)先順序：Fe3+>Al3+>H+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>Li+。腐殖質(zhì)與重金屬離子以及有機(jī)物之間形成的各種復(fù)合體，增加了天然水體中這些物質(zhì)的生物積累性與持久性。1.2.2 NOM 的危害NOM 不僅會(huì)造成異臭味、色度、生物不穩(wěn)定性以及配水管網(wǎng)的腐蝕，還是

四氫呋喃中浸泡幾個(gè)月均沒(méi)有發(fā)生異常現(xiàn)象，也不溶于氯于堿性溶液[25]。在干態(tài)或有機(jī)溶劑中，再生纖維素還具度（240~260℃），當(dāng)溫度超過(guò) 240℃ 時(shí)發(fā)生熱分解。維素相比于其它合成聚合物的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)是對(duì)生物體沒(méi)好，能夠廣泛用于醫(yī)藥和食品等領(lǐng)域。早期主要應(yīng)用于血工胰臟等生化和醫(yī)療領(lǐng)域。隨著大孔徑 RC 膜的發(fā)展，再 MF、UF 和 RO 等濃縮、分離和純化領(lǐng)域。纖維素作為 R自然界中有很大的儲(chǔ)備量，而且可進(jìn)行生物降解，不會(huì)對(duì)膜工業(yè)在發(fā)展過(guò)程中若能合理利用這種豐富的自然資源，義。實(shí)驗(yàn)中還選用由生產(chǎn)商提供的商用荷負(fù)電聚醚砜膜（PES驗(yàn)研究。PES 是一種耐高溫的工程塑料，其分子結(jié)構(gòu)如圖

上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文 第一章 緒論11可以吸附溶液中的一些異性離子，使其緊貼在膜表面，形成一個(gè)吸附層（見(jiàn)圖1-3中的Stern層），同時(shí)從吸附層到液體的內(nèi)部又形成一個(gè)擴(kuò)散層，電解質(zhì)溶液與帶電膜表面相對(duì)移動(dòng)時(shí)，在吸附層與擴(kuò)散層之間會(huì)形成一個(gè)剪切面，溶液體相與剪切面的電位差即為Zeta電位。圖 1-3 正電膜表面離子分布示意圖[31]Fig. 1-3 Schematic representation of ion distribution near the positively chargedmembrane surfaceZeta電位無(wú)法直接測(cè)量，但可以用電滲、電泳或流動(dòng)電位來(lái)間接測(cè)量。其中，流動(dòng)電位是最常用的間接測(cè)量方法。將流動(dòng)電位與膜厚度、膜表面電阻率、膜孔隙率等數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)后即可得到Zeta電位值。當(dāng)雙電層厚度遠(yuǎn)小于膜孔徑時(shí)，可用Helmholtz-Smoluchowski 方程式來(lái)直接進(jìn)行計(jì)算[32]。對(duì)于非對(duì)稱(chēng)的荷電膜，在一定假設(shè)的基礎(chǔ)上可對(duì)膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化，然后再用流動(dòng)電位的測(cè)量方法計(jì)算Zeta電位。計(jì)算出Zeta電位以后，結(jié)合膜孔徑和孔隙率等數(shù)據(jù)，可以得到膜孔表面和膜外表面的電荷密度的近似值。（3）膜電位在不加外壓的條件下

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 趙玲;帶間隔臂的荷負(fù)電超濾膜對(duì)水中天然有機(jī)物去除的研究[D];上海交通大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2760568