GO-CNT三维复合膜截留HA与抗污染性能

为提高氧化石墨烯(GO)膜的水通量和对腐殖酸(HA)的抗污染性能,在GO中掺杂碳纳米管(CNT)制备出GO-CNT三维复合膜.结果显示,复合膜表面较GO膜粗糙,CNT均匀分散在GO片层中,构成三维网状结构.负载量为30μg/cm^2的GO-20%CNT膜对HA截留效果达90%以上,水通量相比GO膜提高了2倍.酸性条件下,HA分子发生团聚增大、负电性减弱,GO-CNT复合膜对HA的截留率提高、通量较低.增加溶液中离子强度会压缩膜表面双电层导致Donnan效应减弱,GO-CNT复合膜对HA截留率从90.2%降至31.9%.GO-CNT三维复合膜过滤HA 1h后通量下降了10.95%,水洗1h后,膜通量恢复率达99.68%,较GO膜提高了6.18%,具有优良的抗污染特性.

聚吡咯电响应膜的油水分离及抗污染性能

膜分离是重要的油水分离技术,但由于高分子膜材料的疏水性,在油水分离过程中易发生膜的油污黏附和堵塞,导致膜分离效果下降和膜工作寿命缩短。该研究采用共混改性-原位化学氧化一步法制备了聚吡咯(PPy)导电膜,发现PPy掺杂后膜表面具有更多微纳凸起结构,粗糙度增加;施加还原电位可调节膜孔径收缩并增加亲水性,提高油水分离性能和抗污染能力。持续施加-1 V电压时,PPy导电膜孔径收缩10.59%,水接触角由96°降低至45°;此时油水分离效率高达99.38%。经过5次乳化液污染循环实验后,PPy导电膜仍可保留77.11%的通量,相较未改性时膜通量提升5倍。制备的PPy导电膜兼具良好的油水分离效果与抗油污性能,在含油废水处理领域具有较好的应用前景。

脉冲电絮凝-膜分离反应器的膜污染控制机制

为了改进直流电絮凝膜分离反应器(electrocoagulation-membrane cathode reactor,ECMCR)在实际应用中存在极板钝化、能耗高等不足,本研究开发了脉冲电絮凝膜分离反应器(pulsed electrocoagulation-membrane cathode reactor,PECMCR),并分析了其中的膜污染控制机制。研究发现ECMCR对腐殖酸(humic acid,HA)的去除率最高可达85.23%,相比之下相同产铝量和能耗下脉冲电絮凝膜分离反应器对HA的最佳去除效率可达到90%以上,且跨膜压差分别降低了36%和20%。PECMCR相较于ECMCR具有更好的HA去除效果和膜污染缓解效果,这可能是因为在脉冲电场的作用下,金属阳离子在溶液中加速扩散,减少或消除了金属阳极的钝化现象,从而有效提高HA的去除效率。而且HA与膜阴极之间的静电斥力降低了HA污染物在膜上的粘附,有助于进一步缓解膜污染。另外,脉冲电絮凝可以缓解电极钝化,有助于进一步节省能耗。此研究结果为PECMCR应用于水处理过程中膜污染控制提供了新的解决方案。

超滤的预处理工艺对比研究：化学混凝与电絮凝

对比研究了化学混凝(chemical coagulation,CC)与电絮凝(electrocoagulation,EC)作为超滤膜分离的预处理工艺,在死端过滤条件下与超滤膜的作用机制以及对膜污染的减缓效果.主要研究了Al3+投加量对膜通量、絮体性质(粒径、强度系数、恢复系数、分形维数)、以及滤饼层性质的影响.结果表明,EC作为预处理时,生成的絮体强度大且结构紧实,在膜表面堆积形成的滤饼层具有疏松多孔、亲水性强的性质;而CC作为预处理时,生成的絮体强度低且比较松散,在膜过滤过程中容易被压力压碎压实,导致滤饼层比较密实、亲水性低.因此,EC作为预处理工艺对膜污染的减缓效果好,在运行过程中可以保持较高的膜通量,膜通量较CC高约5.57%.

电絮凝-超滤组合技术处理含铜废水

采用电絮凝-超滤(electrocoagulation-ultrafiltration,EC-UF)组合技术对含铜废水中的铜离子进行了处理实验研究。讨论了电流密度、初始pH、初始铜浓度和初始电导率等因素对铜的去除效果和膜污染的影响,并分析了这些影响因素对EC-UF组合技术效率的作用机制。结果表明,在电流密度J=50 A·m^(-2)、初始铜浓度C(Cu^(2+_)≤40 mg·L^(-1)、初始pH=4~8、初始电导率σ=2 m S·cm^(-1)、电解时间20 min的条件下,废水中铜的去除率达到99.6%并有效的减缓了膜污染。本研究为EC-UF组合技术除铜的实践应用提供了科学依据。

电絮凝─超滤协同去除水中的腐殖酸

采用电絮凝-超滤(electrocoagulation-ultrafiltration,EC-UF)技术协同去除水中腐殖酸(HA),主要考察了电流密度、初始pH、初始HA浓度、初始电导率等因素对HA去除率的影响,解析了在这些影响因素下HA的去除机理,并对滤饼层特征和膜污染机制进行了研究。结果表明,在电流密度j=10 A·m^(-2)、初始pH=7、初始电导率σ0=1 000μS·cm^(-1)、电解时间为15 min的条件下,初始HA浓度为10 mg·L^(-1)时,EC-UF工艺对水中的HA的去除率可以达到97.3%,膜污染为可逆污染,被污染的膜经过清洗后通量可恢复到初始的94%。

调控絮体形态强化电絮凝减缓膜污染

本研究通过调节电絮凝工艺参数来实现对絮体形态的调控,进而达到减缓膜污染的目的.主要考察了电流密度、初始pH、初始电导率对絮体性质以及膜通量的影响,并解析了超滤膜对不同形貌结构絮体的膜污染响应机制.结果表明,电絮凝减缓膜污染的关键是在膜表面形成疏松多孔的滤饼层,电絮凝-超滤(electrocoagulation-ultrafiltration,EC-UF)工艺不但能够有效地减缓膜污染,而且还极大提升了出水水质.增加电流密度,以及在pH中性水质条件下,EC-UF工艺中膜通量保持更高.j=20 A·m^(-2)、初始pH=7、初始电导率=1 000μS·cm^(-1),EC-UF工艺对水中的腐殖酸(humic acid,HA)去除率为97%,平衡阶段归一化通量J/J0达到81%.

MBFX-8/磁性Fe3O4@CMC复合絮凝剂的制备及对Cu^2＋的去除

以微生物絮凝剂MBFX-8、羧甲基壳聚糖CMC和磁性Fe_3O_4为原料,制备了新型MBFX-8/磁性Fe_3O_4@CMC复合絮凝剂。采用FTIR和XRD对新型复合絮凝剂进行表征。结果表明,羧甲基壳聚糖(CMC)已成功接枝在Fe_3O_4纳米粒子表面,而且MBFX-8也顺利掺入复合絮凝剂中。考察了MBFX-8与Fe_3O_4@CMC的质量比、p H、絮凝剂投加量和静置反应时间对Cu^(2+)去除性能的影响。MBFX-8与Fe_3O_4@CMC的质量比为1∶5时,复合絮凝剂对Cu^(2+)的去除率最好。复合絮凝剂对Cu^(2+)的去除效果与溶液初始p H以及静置反应时间正相关,而与其投加量的增加呈先提高后降低的趋势。当溶液初始p H值为6.5,复合絮凝剂投加量为5 g·L-1,静置反应时间为3 h时,得到最优的Cu^(2+)去除效果,达98.9%。

电絮凝-膜分离反应器还原-絮凝-超滤一体化处理六价铬废水

采用电絮凝-膜分离反应器(electrocoagulation membrane reactor,ECMR)对含铬废水进行研究。讨论了电化学参数和水质条件对Cr(Ⅵ)去除的影响,对比了ECMR和EC-UF抑制膜污染的作用机制。结果表明,在电流密度J=55 A·m^(-2)、初始浓度C(Cr^(6+))=40 mg·L^(-1)、初始pH=3、电解时间60 min、水力停留时间20 min条件下,ECMR出水总Cr去除率达到99.2%,废水中Cr(Ⅵ)的去除率达到99.4%。同时发现ECMR膜通量优于EC-UF,通量高出近15%,ECMR装置不但能够充分利用电絮凝中的电场和气浮作用,进一步强化减缓膜污染,而且可以使装置系统更加紧凑,节省占地空间。

电絮凝-超滤除氟控铝工艺参数优化

电絮凝-超滤(electrocoagulation-ultrafiltration process,EC-UF)工艺在饮用水除氟方面具有良好的应用前景,但是存在着能耗较高和出水余铝不达标的问题。实验通过优化电絮凝参数和pH,解决了EC-UF工艺能耗高和出水余铝不达标问题。主要考察了电絮凝pH、电流密度、水力停留时间、初始氟浓度对氟离子的去除效果以及膜污染的控制情况,并分析了铝络合物对氟的去除机理。结果表明,在电流密度10 A·m^(-2)、水力停留时间30min、pH在6.0～7.0的最佳工艺条件下,EC-UF工艺的出水氟、余铝含量均可达到生活饮用水水质标准。与传统工艺相比,调控pH的EC-UF工艺能耗为0.467 kWh·g^(-1),降低了33.9%,并且具有较好的出水水质,表明p H的调控是EC-UF除氟控铝工艺优化的关键因素。

电控膜生物反应器技术回顾与展望

电控膜生物反应器(Electrical membrane bioreactor,eMBR)在膜生物反应器中引入电极反应、电场效应,将膜分离技术、微生物降解以及电化学水处理技术有机结合,提升出水水质、减缓膜污染、强化产生物气,对构建"碳中和"型污水处理技术模式具有重要科学意义和应用价值.近年来,膜材料科学和反应器设计不断发展,推动eMBR技术进步,在强化污染物去除、电化学控制膜污染和微生物电化学响应原理方面取得重要进展;对eMBR的研究出现新态势:注重导电膜/膜电极材料研制与应用、回收污水中资源与能源、短流程-无药剂的反应器构造和工艺设计.本文总结回顾了国内外相关研究,分析了eMBR的基本特征和优势功能,重点关注膜污染电控原理以及微生物的电场响应机制,并展望了eMBR的发展趋势,以期推动电驱动膜分离技术的研究与应用.

电絮凝处理腐殖酸过程中阳极钝化影响因素分析

针对电絮凝(electrocoagulation,EC)处理腐殖酸(humic acid,HA)过程中电极易发生钝化,造成处理效能下降的问题,主要探究了阳极表面粗糙度、初始pH、初始HA浓度对于铝阳极钝化的影响,随后通过检测溶液中残留Al^(3+)浓度和阳极板表面形貌,进一步分析了HA浓度对于铝阳极钝化发展的影响机制。结果表明:铝阳极钝化程度与阳极板表面算数平均粗糙度(arithmetic mean roughness,Ra)呈负相关,随着Ra从2055 nm下降到270 nm,阳极板的电荷转移电阻(charge transfer resistor,Rct)从1174.0Ω·cm^(2)增大到1481.2Ω·cm^(2);当溶液初始pH从3提高到7时,极板的Rct从461.0Ω·cm^(2)增大到1120.2Ω·cm^(2),而当pH继续升高到9时,极板的Rct下降到169.5Ω·cm^(2);铝阳极钝化程度随溶液初始HA浓度呈现先减小后增大的规律。HA的质量浓度从0 mg·L^(-1)提高到20 mg·L^(-1)时,对应极板的Rct从1536.4Ω·cm^(2)减小到932.9Ω·cm^(2),HA的质量浓度进一步上升至200 mg·L^(-1)时,对应极板的Rct又从932.9Ω·cm^(2)增大到1403.2Ω·cm^(2)。本研究结果可为EC在实际应用中抑制阳极钝化提供参考。

电驱动选择性膜分离技术研究进展

电驱动膜分离将电化学与膜分离技术有机结合,通过调控电场或电极电位强化膜分离效果,有望突破膜污染、选择性分离弱及"trade-off"效应等技术瓶颈,是实现污/废水资源化的有效途径。提出电驱动膜分离概念,将电驱动膜分离分为电控膜分离、电渗析和膜电容去离子等技术类型,重点关注选择性膜分离回收废水中有价物质进而实现废水资源化。首先介绍了电驱动膜分离技术的基础研究进展,然后从膜/电极材料创新和工艺优化等角度对电控膜分离、电渗析和膜电容去离子的研究进展进行回顾和总结,最后从基础研究、材料创新和反应器开发3个方面对该技术未来的发展方向做出展望。

聚吡咯膜电极选择性分离离子研究

电渗析作为一种高效且环境友好的电驱动膜分离技术,可以在外加直流电场的驱动下实现离子的选择性分离,被广泛应用于水处理与资源回收,其中离子交换膜是选择性分离的关键.本研究采用电化学沉积法成功制备了聚吡咯/对甲苯磺酸(PPy/pTS)膜电极,发现其可在0.4 V与-0.8 V(vs.Ag/AgCl)下分别发生氧化和还原反应,并伴随着阴离子的嵌入和脱出,从而实现阴离子的富集与分离.采用PPy/pTS膜电极建立了膜电极电渗析器并进行Cl^(-)和SO_(4)^(2-)的分离.研究发现低pTS的掺杂量有助于提高离子分离性能,pTS浓度为0.1 mol·L^(-1)时,接收液Cl-和SO_(4)^(2-)的浓度分别为0.59 mmol·L^(-1)和0.03 mmol·L^(-1),Cl-/SO_(4)^(2-)分离因子可以达到13.92.此外,优化PPy/pTS膜电极电化学沉积时间.发现沉积时间过短(30 min)时的PPy/pTS膜电极不够致密、无法阻止离子自由扩散,而沉积时间过长(1 h)时PPy/pTS时膜电极离子扩散量低且分离效果不佳,经实验确定45 min为最佳电化学沉积时间.