SiO2/PDMS/PVDF复合膜渗透蒸发回收煤化工废水中酚

摘要

煤化工废水中含有高浓度酚类物质，传统生物处理难以降解这些有机废水，应通过预处理的方法将酚类物质去除。渗透蒸发分离技术被应用于回收煤化工废水中酚类物质，具有二次污染低、能耗少、运行简单易操作等优点。渗透蒸发膜材料的选择具有多样化，PVDF中空纤维基膜因具有渗透通量大、分离效果好、易清洗且费用低等优点被广泛应用。但PVDF中空纤维基膜自身存在某些性能上的缺陷，这也是其工业化应用缓慢的原因，例如自身憎水性弱、强度低、遇有机物发生溶胀等。
　　本文目的是通过两种物质对PVDF基膜进行改性，弥补基膜自身缺点。
　　使用PVDF膜材料为中空纤维基膜，以动态负压的方法将SiO2/PDMS涂覆液涂覆到基膜上，制备SiO2/PDMS涂覆液改性的PVDF复合膜材料，并用于回收煤化工废水中的酚类物质。通过水接触角、SEM、EDS及FI-IR对SiO2/PDMS/PVDF复合膜材料进行了测试。结果表明：涂覆液和基膜材料紧密结合，制备出紧凑并且牢固的复合膜材料结构，憎水性质得到很大提高。对制备的复合膜材料，进行了水通量、机械强度、溶胀性能、平均孔径、孔隙率以及抗污染性测试。结果表明，通过填充无机物二氧化硅，复合膜材料通量降低，平均孔径减小，截留率增加，孔隙率变低，溶胀性能减弱，抗污染能力下降，机械性能强度增加。通过加入无机物纳米SiO2颗粒对膜材料进行改性，使增加复合膜的强度、降低溶胀性的目的均以达到。
　　之后研究了无机物纳米SiO2颗粒填充量、动态负压涂覆时间对SiO2/PDMS涂覆液改性PVDF复合膜材料性能的趋势影响，得出最优复合膜制备条件。当SiO2填充质量浓度占PDMS质量浓度的12％，涂覆时间为60min条件下，制备的SiO2/PDMS涂覆液改性的PVDF复合膜具有最佳的处理效果。煤化工废水体积为1L，保持废水进入膜组件的温度为50℃，膜组件壳层给予负压-50KPa，废水进入膜组件的速度为10L/h，此时酚通量达到7.16g/(m2·h)，分离因子为4.26。
　　将在最优条件下制备SiO2/PDMS涂覆液改性规格变大的PVDF复合膜组件，用于渗透蒸发分离装置中试实验，去除煤化工废水中的酚类物质。在处理废水过程中，探索中试实验运行条件。150L煤化工含酚废水，在-70KPa膜后负压，运行周期时间6h，进水温度70℃，废水流速170L/h的条件下，酚类物质可达77.6%的去除效果。并且系统运行稳定，膜组件通过清洗后，渗透蒸发性能恢复情况良好。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究背景

1.2 煤工业废水治理现状

1.3 渗透蒸发技术

1.4 研究目的及意义

1.5 主要研究内容

1.6 课题来源

第2章 实验材料与方法

2.1 实验试剂与仪器

2.2 煤化工废水水质分析

2.3 复合膜制备实验方法及装置

2.4 中空纤维膜结构表征

2.5 中空纤维膜材料性能表征

2.6 渗透蒸发性能评价

2.7 中试实验

第3章 SiO2/PDMS/PVDF复合膜渗透蒸发性能研究

3.1 引言

3.2 反应机理分析

3.3 SiO2表面硅烷化处理对复合膜的影响

3.4 中空纤维膜材料结构表征

3.5 中空纤维膜材料性能表征

3.6 复合膜渗透蒸发性能评价

3.7 本章小结

第4章 复合膜渗透蒸发中试实验探究

4.1引言

4.2 中试实验渗透蒸发运行条件探究

4.3 膜污染探究

4.4 工业化应用优势及展望

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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致谢