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聚酰胺纳滤膜化学清洗过程及其清洗剂的研究

文献类型:学位论文

作者黄嘉臣
答辩日期2021-06-01
文献子类硕士
授予单位中国科学院过程工程研究所
导师万印华 and 王亚彪
关键词纳滤,膜污染,化学清洗,催化剂改性,氧化降解
英文摘要

在纳滤膜分离过程中,膜污染会降低膜的分离性能和产品质量,进而制约纳滤技术的大规模推广与应用。化学清洗是清除膜污染、恢复膜性能的主要方法,但是长期化学清洗可能会改变纳滤膜的理化性质,导致纳滤膜结构受损以及分离性能下降。阐明化学清洗对纳滤膜结构和性能的影响规律,以及研发新型高效清洗剂是避免膜损伤和提高清洗效率的关键。在本研究中,首先讨论了常用的碱性清洗剂对聚酰胺(PA)纳滤膜理化性质和膜污染行为的影响,提出了复合化学清洗的优化策略并阐明了清洗机制。其次,针对碱性清洗剂难以去除的顽固污染,分别研究了游离氯、过氧化氢以及芬顿试剂对膜污染的清洗效果,并评估了清洗剂对纳滤膜性质的影响。最后,受过氧化物酶启发,对Fe3O4纳米颗粒进行表面化学改性制得了高效固体催化剂,用于提高芬顿清洗效果。具体研究内容如下:(1)以PA纳滤膜为研究对象,经过多轮膜污染/碱性清洗实验,讨论了碱性清洗对纳滤膜污染行为的影响。结果表明,长期碱性清洗会导致膜孔可逆溶胀(有效孔径增大9.7 %),该现象可以通过去离子水过滤消除(30 min)。在消除溶胀的过程中,小分子污染物易于进入溶胀膜孔道内部,引起严重的不可逆污染并难以再次通过碱性清洗去除。使用含有十二烷基硫酸钠(SDS)的碱性清洗剂清洗膜面,SDS吸附在膜面/内部不仅可以消除碱诱导的膜孔溶胀现象,还可以改善膜面抗污染性能,显著提高膜清洗效果。(2)以游离氯、过氧化氢和芬顿试剂为研究对象,评估了3种清洗剂的氧化脱色能力和对PA纳滤膜性质的影响,并探究了它们对于小分子孔堵污染的去除效果。在碱性环境中,低浓度游离氯的脱色能力良好并且随pH降低而增强。但是游离氯会攻击PA分离层的酰胺键并改变膜性能,同时对纳滤膜清洗效果不佳。中性过氧化氢溶液不仅会水解PA分离层的酰胺键,同时脱色及清洗效果也不理想。芬顿试剂在不改变膜性质的同时具备良好的氧化脱色能力,但是清洗过程中形成的二次污染限制了膜清洗效果。(3)针对均相芬顿清洗过程存在的二次污染,对催化剂相态和化学性质进行调控,制备了高分散性的高效固体催化剂。依次将聚谷氨酸(γ-PGA)和组氨酸(L-His)固定在催化剂表面,不仅避免了催化剂的二次污染,而且L-His的咪唑基团提高了催化剂对过氧化氢的亲和性。该改性催化剂能有效改善芬顿清洗效果,并且对多种商品膜清洗效果良好。

语种中文
源URL[http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/60863]  
推荐引用方式
GB/T 7714
黄嘉臣. 聚酰胺纳滤膜化学清洗过程及其清洗剂的研究[D]. 中国科学院过程工程研究所. 2021.

入库方式: OAI收割

来源:过程工程研究所

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