新型低磷反渗透膜阻垢剂的研制及性能研究

摘要

用反渗透膜法制备纯水因其具有运行成本低、无再生废水排放、出水水质稳定等优点，已逐步替代传统的离子交换法。但反渗透膜表面的结垢问题严重影响了反渗透法的运行能耗及反渗透膜的使用寿命。因此，研制新型高效的反渗透膜阻垢剂抑制其结垢现象具有重要的实际应用价值。 本文在系统地研究了四种反渗透膜阻垢剂单体阻垢性能的基础上，通过筛选复配，制备出新型低磷阻垢剂一复配阻垢剂，其磷含量仅为进口同类产品MDC220的1/3左右，可有效控制反渗透膜表面的微生物污染及排放浓水的磷富营养化现象。 静态阻垢实验的结果表明，阻垢剂单体2-膦酰基丁烷-1，2，4-三羧酸(PBTC)阻碳酸钙垢性能最好，水解聚马来酸(HPMA)阻硫酸钙垢阻垢率最高，膦基聚羧酸(JN-518)阻碳酸钙及硫酸钙垢能力均较强，氨基丙磺酸一丙烯酸共聚物(ZF-322SG)阻磷酸钙及氧化铁分散性最优。复配阻垢剂的阻碳酸钙垢、阻硫酸钙、阻磷酸钙垢及氧化铁分散性能均优于进口产品PTP-0100和MDC220。 实验发现，膜阻垢剂的阻碳酸钙垢阻垢性能受水中钙离子浓度及碱度的影响较大，随着水中钙离子浓度的增加，对碳酸钙垢阻垢率随之下降，钙离子浓度为250mg/L时，复配阻垢剂的阻垢率为87.5﹪：钙离子浓度为1500mg/L时，复配阻垢剂的阻垢率降至70.0﹪。碱度同样导致对碳酸钙垢阻垢率降低，碱度为250mg/L时，复配阻垢剂的阻垢率接近100﹪；碱度为1500mg/L时，复配阻垢剂的阻垢率降至52.0﹪。 模拟实际水质及运行条件进行动态反渗透膜制水试验，结果表明，加入反渗透膜阻垢剂可抑制反渗透膜的结垢，循环进出水中的钙离子浓度(初始为1200mg/L，加复配药剂运行120小时后为750mg/L)远高于空白对照组(为450mg/L)，且复配药剂明显优于进口药剂PTP-0100和MDC220。 通过测定膜阻垢剂对钙离子的容忍度，发现复配阻垢剂对钙离子的容忍度最高(为344.26mg/L)。随着温度的升高，各种膜阻垢剂的钙容忍度不断降低；硬度对钙容忍度的影响较小，但Ba<'2+>、Sr<'2+>的影响较大。加入2000mg几的Ba<'2+>时，复配阻垢剂的钙容忍度降为原来的80﹪；加入2000mg/L的Sr<'2+>时，复配阻垢剂的钙容忍度降为原来的60﹪；Ba<'2+>、Sr<'2+>对PTP-0100和MDC220钙容忍度的影响更大。用扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析了空白样及加入复配阻垢剂后的碳酸钙垢和硫酸钙垢样，证明了复配阻垢剂使碳酸钙垢和硫酸钙垢的晶格产生了畸变。 本文研制的复配阻垢剂在阻垢率、运行成本、膜微生物污染及排放浓水的环保安全性等方面均优于进口同类产品PTP-0100和MDC220，具有良好的推广应用前景。

目录

文摘

英文文摘

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第一章前言

1.1反渗透膜概况

1.2反渗透膜的污染及防治

1.2.1反渗透系统中污垢形成的原因

1.2.2污染物的防治

1.3反渗透专用阻垢剂研究进展

1.3.1聚磷酸盐类

1.3.2有机磷酸类

1.3.3聚合物

1.3.4混合阻垢剂

1.3.5环境友好阻垢剂

1.4阻垢剂阻垢性能的评定

1.5反渗透在水处理中的应用

1.5.1在海水淡化中的应用

1.5.2在纯水、超纯水制备中的应用

1.6本课题的研究目的及内容

第二章阻垢剂单体阻垢性能研究

2.1实验试剂及仪器

2.2实验方法

2.3阻垢剂单体的多元阻垢性能研究

2.3.1碳酸钙阻垢实验结果与讨论

2.3.2硫酸钙阻垢实验结果与讨论

2.3.3磷酸钙阻垢实验结果及讨论

2.3.4氧化铁分散性实验结果及讨论

2.4小结

第三章复配阻垢剂理化性质及静态阻垢性能的研究

3.1总磷含量的测定

3.1.1实验试剂及仪器

3.1.2实验方法

3.1.3结果及讨论

3.2复配阻垢剂的热稳定性研究

3.2.1实验技术及方法

3.2.2实验结果及讨论

3.3复配阻垢剂静态阻垢性能研究

3.3.1实验试剂及仪器

3.3.2实验方法

3.3.3碳酸钙阻垢实验结果及讨论

3.3.4硫酸钙阻垢实验结果与讨论

3.3.5磷酸钙阻垢实验结果与讨论

3.3.6氧化铁分散性实验结果与讨论

3.3.7硬度对阻垢性能的影响

3.3.8碱度对阻垢性能的影响

3.4小结

第四章复配阻垢剂动态阻垢性能研究

4.1实验装置及工艺流程

4.2实验水质

4.3实验方法

4.4实验结果及讨论

4.4.1静态实验结果

4.4.2动态实验结果

4.5小结

第五章复配阻垢剂的钙容忍度研究

5.1实验试剂及仪器

5.2实验方法

5.3结果与讨论

5.3.1复配阻垢剂的钙容忍度

5.3.2硬度对阻垢剂钙容忍度的影响

5.3.3温度对阻垢剂钙容忍度的影响

5.3.4 Ba2+，Sr2+对阻垢剂钙容忍度的影响

5.4小结

第六章垢样表面结构分析

6.1实验试剂及仪器

6.2实验方法

6.2.1硫酸钙垢样的制备及表面结构分析

6.2.2碳酸钙垢样的制备及表面结构分析

6.3实验结果及讨论

6.3.1电镜扫描照片分析

6.3.2XRD衍射图谱分析

6.4小结

第七章结论和建议

7.1结论

7.2建议

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果