陶瓷膜基动态膜的制备及在油水分离中的应用

摘要

近年来，膜分离技术成为水处理领域的研究热点，国内外学者做了大量的研究工作。但膜污染严重及膜组件造价昂贵等问题限制了该技术的发展。减轻膜污染的重要途径是对膜表面进行改性。动态膜技术最初便是作为膜的改性手段提出的，由于该技术具备成本低、通量大、截留能力强、制备简单且清洗方便等优点，引起了研究者的关注。
　　本文首先以管式陶瓷膜为基膜、以高岭土为涂膜材料制备无机质基动态膜并用于油水分离研究。采用灰色关联分析法，得到动态膜制备和油水分离过程中各操作条件与油水分离稳定通量的关联序为:流量＞分离压差＞涂膜时间＞涂膜压差＞涂膜液浓度＞涂膜液温度＞油浓度。在此基础上，研究以上因素中的涂膜条件对动态膜分离性能的影响，发现随着流量、涂膜时间、涂膜压差、涂膜液浓度的增大，油水分离稳定通量均呈先增后减的趋势。研究确定的最佳涂膜操作条件为:流量80L/h、涂膜时间25min、涂膜压差0.14MPa、涂膜液浓度0.5g/L;与基膜直接油水分离相比，动态膜能较好的减轻膜污染、增大油水分离稳定通量。为考察涂膜操作参数对油水分离稳定通量的影响程度，本文还提出了动态膜油水分离影响因子R的概念，并进一步验证了灰色关联分析结果的可靠性。
　　其次，在高岭土动态膜研究的基础上，优选涂膜材料（Al2O3、ZrO2、高岭土），制备双层复合动态膜，通过比较电镜照片来评价动态膜层与基膜的结合程度，并通过测量动态膜在油水分离过程的通量和截留率等参数来考察其实际分离性能。实验证实所制备的Al2O3/ZrO2双层复合动态膜性能良好，可用于处理油水乳化液。
　　最后，在课题组前期所建立的颗粒沉积临界粒径模型的基础上，建立了滤饼形成阶段的通量模型及动态膜形成模型，在此基础上进行模拟研究，能够实现一定操作条件下，动态膜层厚度及动态膜纯水通量的预测。通过模拟得出各操作条件对动态膜层厚度及膜层均匀性的影响，结果表明可以通过改变流量和跨膜压差，控制动态膜层厚度;而对动态膜均匀性的控制主要通过控制流量来实现。此外，本文通过实验验证了模拟结果的可靠性。

目录

声明

摘要

引言

1 文献综述

1．1 含油废水的处理

1．1．1 含油废水简介

1．1．2 含油废水处理现状

1．2 膜分离法处理乳化油废水

1．2．1 膜分离技术简介

1．2．2 膜分离技术应用现状

1．2．3 膜污染问题

1．3 动态膜技术

1．3．1 动态膜概述

1．3．2 动态膜技术的优势

1．3．3 动态膜的应用研究

1．3．4 动态膜形成机理研究

1．4 灰色关联分析

1．5 论文工作内容

2 实验部分

2．1 实验材料及仪器设备

2．1．1 实验材料及药品

2．1．2 实验仪器和设备

2．2 实验流程及实验方法

2．2．1 动态膜的制备实验

2．2．2 动态膜分离油水乳化液实验

2．3 动态膜分离过程相关评价指标及分析方法

2．3．1 渗透通量

2．3．2 COD值

2．3．3 动态膜层质量及厚度的计算

2．3．4 灰色关联分析步骤

2．4 基膜性能测定

2．4．1 基膜的孔径分布

2．4．2 基膜的孔隙率

2．4．3 扫描电镜分析

2．4．4 基膜的接触角

2．5 涂膜材料选择

2．5．1 涂膜材料电荷性分析

2．5．2 动态膜表面接触角分析

3 动态膜油水分离过程操作条件优化

3．1 基膜渗透性能测试

3．2 实验体系的灰色关联分析

3．3 灰色相关分析基础上的单因素实验

3．3．1 动态膜油水分离影响因子R的提出

3．3．2 流量对油水分离通量的影响

3．3．3 涂膜时间对油水分离通量的影响

3．3．4 涂膜压差对通量的影响

3．3．5 涂膜液浓度对通量的影响

3．4 优化操作条件后的实验结果

4 涂膜方式优化研究

4．1 不同涂膜材料对动态膜性能的影响

4．1．1 陶瓷膜基动态膜油水分离通量分析

4．1．2 陶瓷膜基动态膜电镜照片分析

4．1．3 陶瓷膜基动态膜与炭膜基动态膜性能比较

4．2 陶瓷膜基双层复合动态膜

5 滤饼层形成模型的建立及模拟研究

5．1 动态膜质量增长速率随角度的变化

5．2 动态膜层厚度及涂膜通量随错流速度的变化

5．3 动态膜层厚度及涂膜通量随涂膜压力的变化

5．4 动态膜层厚度随温度的变化

5．5 实验结果与模拟结果对比

5．6 本章小结

结论

论文创新点与展望

参考文献

附录 符号说明

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢