壳聚糖超滤膜制备及其在水产品加工废水处理中的应用

摘要

首先通过正交试验对膜制备的主要工艺参数(A，壳聚糖浓度；B，添加剂聚乙二醇分子量：C，溶剂中的丙酮含量；D，干燥温度；E，凝固浴NaOH溶液浓度)对壳聚糖(CS)超滤膜渗水通量的影响进行了评价。结果表明，各因素对膜水通量影响的主次顺序为：B>A>D>E>C，以添加剂聚乙二醇(PEG)分子量影响最为显著。优化后的膜制备条件为：：PEG分子量800：壳聚糖浓度为2.0％；溶剂中丙酮含量为40％(V/V)；干燥温度50℃；凝固浴NaOH溶液浓度为0.25 mol/L。 而后，重点研究了添加剂PEG的分子量和用量对CS超滤膜微观形态和膜性能的影响。在最佳制膜工艺的基础上，通过改变铸膜液中PEG的分子量和用量，制备了一系列CS膜，在0.2MPa的进水压力下测定了这些膜的渗透通量和截留率，同时对膜表面进行电镜扫描。结果发现，PEG分子量(M)、制膜体系中的PEG含量(C)的改变，显著地影响了膜表面的微观形态，随着M和C的不断增大，膜表面的粗糙程度逐渐提高，颗粒状结构越来越明显，颗粒粒径和微孔尺度也不断增大。当PEG800用量达到10％、PEG1000用量达到8％时，粒状增大突变为片状，表面孔密集成缝，当用量进一步增大时，由于水溶胀性过大，膜无法获取。 随着M和C的不断增大，CS膜的性能表现为渗水通量逐渐增大和对BSA的截留率不断减小。统计分析发现，PEG分子量(M)与CS膜的截留率(R)之间有较好的线性相关，但是，PEG的用量(C)与水通量(F)之间并不存在线性关系，当PEG200、PEG400和PEG600的用量分别为10％、8％和10％时，F值达到最大；PEG分子量达到1000时，对膜的微观结构影响十分显著，相应的渗水通量急剧上升，而截留率则迅速降低。可以认为，PEG不是单纯的致孔剂，它通过改变铸膜液中聚合物的聚集态、溶液热力学行为和凝胶的动力学行为，对膜结构造成一定程度的影响，从而导致膜性能的改变。 综合考虑膜的截留率和水通量两个指标，以PEG200(用量10％)或PEG400(用量8％)作为制备CS膜的添加剂比较适宜，既可得到90％以上的截留率，还能获得较高的水通量(12～13ml·h<'-1>·cm<'-2>)。利用PEG400(用量8％)作为添加剂制备的CS膜对蛋白质分子量的截留范围在60000～70000之间，且膜的孔径分布范围较窄。近年来，随着我国沿海水产品加工业的兴起，水产品加工废水成为环境污染的又一突出问题。本研究设计了粗滤+CS膜超滤的串联工艺，对三种水产品废水进行处理，COD<,cr>的去除率分别达到82.6％、89.3％和90.0％，出水符合《污水排放综合标准》的一级标准(100mg/L)的要求。对于两种蛋白质浓度分别为111.32mg/L和84.55mg/L的鱼片加工废水，经过粗滤分别去除废水中32.9％和39.4％的蛋白质(颗粒蛋白)后，采用CS超滤膜对水溶性蛋白质进行截留，截流率分别达到52.9％和44.8％(相对于原废水蛋白含量)，整个工艺对废水中蛋白质的总截留率可以达到85.8％和84.2％。废水pH值的优化会使颗粒状态的有机成分增加，较大幅度提高粗滤对COD<,cr>和蛋白质的去除率，但对于整个工艺的COD<,cr>和蛋白质去除效果影响并不大。 与生物处理技术相比，利用CS超滤膜处理水产品加工废水，不仅可以在较短的时间内获得较好的废水处理效果，而且为废水中蛋白质等营养成分的回收利用创造了有利条件，因而具有较好的应用前景。

目录

文摘

英文文摘

声明

1前言

1.1膜分离技术概述

1.1.1膜分离过程及其优点

1.1.2膜技术的发展概述

1.1.3膜的种类

1.2超滤简介

1.2.1超滤的定义

1.2.2超滤膜的分离机理及理论模型

1.3制备超滤膜的材料和方法

1.3.1超滤膜的材质

1.3.2超滤膜的制备方法

1.4超滤技术的发展和应用

1.4.1国内外超滤技术发展简述

1.4.2超滤的应用现状

1.4.3超滤技术在发展和应用中存在的问题

1.5壳聚糖膜

1.5.1壳聚糖简介

1.5.2壳聚糖作为膜材料的优势

1.5.3壳聚糖超滤膜在废水处理中的应用

1.6膜分离技术在水产品加工废水处理领域的应用前景

1.7本课题的目的意义和主要研究内容

参考文献

2壳聚糖超滤膜的制备工艺及相应参数的优化

2.1引言

2.2材料、仪器与方法

2.3结果与讨论

2.4小结

参考文献

3聚乙二醇的分子量及用量对壳聚糖超滤膜结构和性能的影响

3.1引言

3.2材料、仪器与方法

3.3结果与分析

3.3.1 PEG的分子量和用量对CS膜的性能影响

3.3.2 PEG的分子量和用量对CS膜的结构影响

3.3.3进水压力对CS膜的性能指标的影响

3.4讨论

3.4.1 PEG对CS超滤膜微观结构及性能的影响规律

3.4.2 PEG在成膜过程中的作用

3.4.3进水压力对膜性能的影响

3.5小结

参考文献

4壳聚糖超滤膜对水产品加工废水处理效果的初步研究

4.1引言

4.2材料、仪器与方法

4.3结果与讨论

4.3.1 CS超滤膜的截留分子量

4.3.2 CS超滤膜对水产品加工废水的处理效果

4.3.3 CS超滤膜对水产品加工废水中蛋白质的截留效果

4.3.4 pH值对废水处理效果的影响

4.3.5 CS超滤膜运行过程中的通量下降

4.4小结

参考文献

5总结

5.1结论

5.2今后的研究方向

致谢