正渗透工艺特性及膜污染特征研究

摘要

正渗透作为新兴的绿色膜分离技术,不需要外加压力作为分离驱动力,而是靠选择性膜两侧溶液自身的渗透压差推动正渗透分离过程,是目前世界膜分离领域研究的热点之一。与其他所有膜分离技术一样,膜污染也是正渗透中一个重要的研究方向。低的膜污染意味着更多的产水,更少的膜清洗,更长的膜寿命,也因此降低了正渗透的运行及投资总成本。但是,与其他的压力驱动膜分离技术相比而言,正渗透的膜污染特性有很大不同。因此,有必要对正渗透的膜污染特性进行研究,以便为以后正渗透的应用以及制膜提供参考。
　　考察了正渗透基本运行规律,并对基本实验条件进行了确定。本课题采用的是美国HTI公司提供的商用FO膜,对其提供的两种膜的结构、表面形貌、水通量及返混行为进行了对比。分别对正渗透运行模式、错流速度、渗透压驱动力等因素对正渗透运行过程中如水通量、返混通量、清洗效率等性能参数的影响规律进行了探索。并讨论了清洗时间和速度对膜清洗效率的影响。
　　探讨了牛血清蛋白(BSA)、海藻酸钠(SA)、腐殖酸(HA)、富里酸(FA),和纳米二氧化钛(nano-TiO2)的正渗透膜污染。FA使膜通量下降幅度最大,膜污染最严重,其次是BSA,HA和SA。nano-TiO2使膜通量下降最少,膜污染最轻,几乎可以忽略。
　　考察了钙离子存在与否时SA、BSA以及HA的污染程度以及有机物的两两复合污染。对于SA来说,由于钙离子具有架桥作用,因此,钙离子的加入加剧了膜污染。与SA不同,对于BSA,钙离子的存在反而对正渗透膜的污染有轻微的减弱。对于HA,与SA相同,钙离子的存在也加剧了膜污染。当BSA和SA复合污染时,通量下降最多,膜污染最严重,其次是SA和HA的复合污染,而当BSA和HA复合污染时,通量下降最慢,污染最轻。对于复合污染时原料液的粒度分布来说,随着污染进行,小尺寸的物质含量逐渐降低,大尺寸物质的含量逐渐增多,溶液粒度逐渐增大。
　　通过在含有BSA、SA和HA有机物的原料液中分别加入相同浓度的无机nano-TiO2,考察了有机-无机复合污染。加入nano-TiO2后的复合污染均使通量下降趋势有所减缓。当同时存在有机污染物和无机污染物时,加钙后的通量下降更快,说明钙离子的加入使膜的复合污染加剧。

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第1章 绪 论

1.1研究背景

1.2正渗透膜分离技术

1.3课题的提出

第2章 实验材料和方法

2.1试验仪器和试剂

2.2 正渗透膜

2.3 正渗透性能评价平台

2.4 正渗透实验基本步骤

2.5膜性能测试指标

2.6实验分析手段

第3章 正渗透基本实验条件研究及选择

3.1实验所用商用FO膜的选择

3.2正渗透性能的物理影响因素研究

3.3渗透压驱动力对FO过程性能影响

3.4本章小结

第4章 正渗透有机膜污染研究

4.1 典型污染物正渗透膜污染对比研究

4.2 钙离子对正渗透有机污染的影响研究

4.3 正渗透有机-有机复合污染研究

4.4 本章小结

第5章 正渗透有机-无机复合膜污染研究

5.1 纳米二氧化钛与有机物的正渗透复合污染研究

5.2 钙离子对正渗透有机-无机复合污染的影响研究

5.3纳米材料浓度对正渗透有机-无机复合污染的影响研究

5.4本章小结

结论

参考文献

声明

致谢