电泳法无机纳滤膜的制备及以其为基础的印染废水零排放技术研究

摘要

为解决现有溶胶.凝胶法无机膜制备工艺复杂,周期冗长,膜质量难以控制等问题,提出和尝试了电泳法无机膜制备工艺。首先以氧化铝溶胶作为电泳液,工业陶瓷为基体,探讨了电泳法制备纳滤氧化铝陶瓷膜的可能性,试验发现,胶体的陈化时间、成膜助剂的种类和用量、电泳温度、电泳电压、电泳时间等均对膜的质量有一定影响,其关键因素为电泳电压和电泳时间,以及成膜助剂的影响,其后的干燥、烧结等工艺与溶胶.凝胶法大体相同。当在20～30℃的镀膜温度下,在陈化4～7天的氧化铝溶胶电泳沉积液中,放入陶瓷片基体,电压18～30V,电泳时间3～5min,经适宜条件下的干燥和程序烧结后,可制得符合要求的膜。
　　 采用SEM法、XRD法、液-液排除法等对制得的膜进行了表征,表明膜的表面平整,膜厚为50μm,膜孔隙率为31.51％,平均孔径为3.1nm,孔径分布在2.88～5.76nm。对膜的有关性能的测试表明,膜的耐酸碱腐蚀性优良、对以钙离子为代表的硬度成分、以铜离子为代表的重金属离子、以罗丹明B为代表的染料等均有较好截留作用。
　　 以制得的无机膜为基础,以印染厂的难降解废水为对象,设计了一套工业印染废水零排放工艺。印染废水通过所制得的膜处理后,其COD的去除率达到92.8％。配合本课题组开发的电催化法杀菌装置,出水可用作循环冷却水补充水。
　　 为解决膜法处理废水过程中常遇到的膜污染问题,还研究了污染膜的清洗方法,表明所制得的膜污染后清洗简便,性能恢复容易。
　　 为进一步说明电泳法制备陶瓷膜的可行性,还探讨了二氧化硅陶瓷膜的电泳法制备工艺,表明电泳法对二氧化硅膜的制备也是有可能的。

目录

文摘

英文文摘

CONTENTS

第一章 绪论

1.1 无机膜的历史沿革及国内外发展现状

1.2 无机膜的研究成果及前沿发展情况

1.3 无机膜的应用

1.4 无机膜的优缺点

1.5 无机膜的分类

1.6 无机膜的分离机理

1.7 无机膜制备技术

1.7.1 固态粒子烧结法

1.7.2 阳极氧化法

1.7.3 溶胶-凝胶法

1.7.4 相分离-沥滤法

1.7.5 辐射-腐蚀法

1.7.6 薄膜沉积法

1.7.7 分子筛膜

1.7.8 水热法

1.8 电泳沉积法同其他制备技术的比较

1.9 无机膜的表征

1.9.1 无机膜孔径和孔径分布的测定

1.9.2 无机膜孔隙率的表征

1.9.3 无机膜传递特性的表征

1.10 无机膜工业化应用的展望

1.11 电泳沉积技术简介

1.11.1电泳沉积液的稳定性

1.11.2双电层理论

1.11.3电泳沉积基本原理

1.11.4电泳法在陶瓷制备上的应用

1.12 存在问题和发展方向

1.13 本工作的目的和主要内容

第二章 实验部分

2.1 药品

2.2 仪器及设备

2.3 实验方法及步骤

2.3.1 陶瓷片预处理

2.3.2 石墨电极的预处理

2.3.3 Al2O3溶胶的制备

2.3.4 SiO2溶胶的制备

2.3.5 电泳沉积法制备陶瓷膜

2.3.6 干燥条件的选择

2.3.7 烧结

2.4 实验原理

2.4.1 酸、碱条件下,胶体粒子的带电性

2.4.2 电泳机理

2.5 支撑体的表征

2.5.1 SEM法观测支撑体的表面形貌

2.5.2 XRD对支撑体的物相定性分析

2.6 陶瓷膜的表征

2.6.1 SEM法观测陶瓷膜的表面形貌及膜厚

2.6.2 陶瓷膜的孔隙率及容重的测定

2.6.3 液-液排除法测定陶瓷膜的孔径及孔径分布

2.7 陶瓷膜的性能测试

2.7.1 陶瓷膜的水通量的测定

2.7.2 陶瓷膜耐酸碱腐蚀性能的测定

2.7.3 陶瓷膜对钙离子的截留特性测试

2.7.4 陶瓷膜对铜离子的截留特性测试

2.7.5 陶瓷膜对模拟印染废水和实际印染废水的处理效果研究

2.7.6 陶瓷膜对工业难降解污水的工艺研究

2.7.7 陶瓷膜处理污水的膜清洗方法研究

第三章 结果与讨论

3.1 实验条件对Al2O3膜的影响

3.1.1 胶体陈化时间对Al2O3膜的影响

3.1.2 成膜助剂对Al2O3膜的影响

3.1.3 电泳电压对Al2O3膜的影响

3.1.4 电泳时间对Al2O3膜的影响

3.1.5 pH值对Al2O3膜的影响

3.1.6 烧结温度和保温时间对Al2O3膜的影响

3.1.7 升温速率对Al2O3膜的影响

3.1.8 电泳温度对Al2O3膜的影响

3.1.9 电泳次数对Al2O3膜的影响

3.1.10镀膜方式对Al2O3膜的影响

3.2 实验条件对SiO2膜的影响

3.2.1 胶体陈化时间的对SiO2膜的影响

3.2.2 成膜助剂对SiO2膜的影响

3.2.3 pH值对SiO2膜的影响

3.2.4 电泳电压对SiO2膜的影响

3.2.5 电泳时间对SiO2膜的影响

3.2.6 烧结温度和时间对SiO2膜的影响

3.2.7 升温速率的影响

3.3 支撑体的表征

3.3.1 SEM法观测支撑体的表面形貌

3.3.2 XRD法对支撑体的物相定性分析

3.4 陶瓷膜的表征

3.4.1 SEM法观测Al2O3膜的表面形貌及膜厚

3.4.2 SEM法观测SiO2膜的表面形貌

3.4.3 XRD法对Al2O3膜的物相定性分析

3.4.4 Al2O3膜孔隙率的测定

3.4.5 Al2O3膜孔径及其孔径分布的测定

3.5 Al2O3膜的性能测试

3.5.1 Al2O3膜耐酸碱腐蚀性能的测定

3.5.2 Al2O3膜水通量的测定

3.5.3 Al2O3膜对钙离子的截留特性测试

3.5.4 Al2O3膜对铜离子的截留特性测试

3.5.5 Al2O3膜处理罗丹明B的截留效果研究

3.5.6 Al2O3膜对印染废水的处理效果研究

3.6 Al2O3膜处理工业印染废水的工艺流程设计

3.7 不同清洗方法对Al2O3膜渗透通量的影响

3.8 电泳沉积法与浸涂法对膜的成膜性的比较

第四章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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