两种基于钛酸锂型锂离子筛的性能差异研究

钛酸锂型锂离子筛(简称钛系锂离子筛)具有吸附容量高、选择性好、寿命长、稳定性高等特点,在盐湖提锂方面具有广阔的应用前景。以二氧化钛与氢氧化锂为原料,通过控制二者的配比和不同高温条件分别固相合成了偏钛酸锂前驱体(β-Li_(2)TiO_(3))和正钛酸锂前驱体(Li_(4)Ti_(5)O_(12))。研究了这2种锂离子筛活化过程的差异性以及在模拟盐湖卤水的吸附条件下吸附选择性和循环稳定性的差异。结果表明,Li_(4)Ti_(5)O_(12)较β-Li_(2)TiO_(3)活化条件苛刻,所需酸浓度更高;相同含Li+水体中,β-H_(2)TiO_(3)的饱和吸附容量达到32.1 mg/g,而H_(4)Ti_(5)O_(12)的饱和吸附容量仅为5.9 mg/g;2种锂离子筛在离子选择性和循环稳定性方面并无明显差异。

膜分离技术在解决中国三大水环境问题中的应用

膜分离技术是以新材料为基础的高效分离技术，因其过程具有简单、稳定、易于控制等特点，在水处理领域的应用中受到广泛关注，尤其在污水处理及资源化、海水淡化、纯水制备等领域发挥着重要的作用，被誉为21世纪最先进、最有发展前景的水处理技术。因此，膜分离技术也将成为有效解决我国水污染、水资源短缺和饮水安全等环境与民生问题的重要手段之一。

有机/无机杂化纳米粒子共混改性聚偏氟乙烯多孔膜及其表面两性离子化的研究

通过表面引发的可逆-加成断裂链转移(RAFT)聚合,制备了聚甲基丙烯酸甲酯-聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯嵌段共聚物(PMMA-b-PDMAEMA)接枝改性的有机/无机杂化二氧化硅纳米粒子(BCP-gSiO2NPs),并将其与聚偏氟乙烯(PVDF)溶液共混,通过传统的非溶剂诱导相分离(NIPS)法制备PVDF/BCP-g-SiO2有机-无机杂化分离膜,进一步通过膜表面PDMAEMA链段与1,3-丙磺酸内酯之间的季胺化反应,实现了PVDF/BCP-g-SiO2有机-无机杂化膜的表面两性离子化。研究结果表明,BCP-g-SiO2NPs的引入以及膜表面的进一步两性离子化显著提高了PVDF膜的亲水性和抗污染性能,是PVDF超滤膜等相转化膜材料改性的有效方法。

钛系锂离子筛粉体与PVDF树脂纺丝成型及性能研究

为了实现钛系锂离子筛(H_(2)TiO_(3)-LIS)粉体的颗粒化成型并规模化应用于盐湖提锂,采用纺丝成型的方式对H_(2)TiO_(3)-LIS粉体进行成型。确定了最佳配方及工艺条件:聚偏氟乙烯(PVDF)用量占PVDF和H_(2)TiO_(3)-LIS粉体总质量的20%;聚乙烯吡咯烷酮(PVP-K60)质量为PVDF质量的80%;凝固浴温度为80℃;空气段长度为20 cm;切丝长度为3 mm。成型后的颗粒吸附剂用于格尔木盐湖卤水的提锂测试,结果表明,H_(2)TiO_(3)-LIS颗粒吸附剂对锂离子的质量吸附容量为9.3 mg/g,体积吸附容量为3.6 g/L,且运行稳定性良好,30次循环后吸附容量为初始吸附容量的92.5%。

安全高效抗菌的AgCl-H_(2)TiO_(3)抗菌剂的合成与性能研究

以偏钛酸、硝酸银、氯化钠为原料,在60℃水浴条件下,通过简便的化学沉淀法,以粉体H_(2)TiO_(3)为基底,在其表面合成并负载AgCl微粒,得到AgCl-H_(2)TiO_(3)抗菌剂。对抗菌剂性能研究发现,载银质量为1.5%的AgCl-H_(2)TiO_(3)的抗菌性能优异,对于大肠杆菌的杀菌率达100%,Ag^(+)溶出浓度小于0.05mg/L,可在确保高效抗菌的同时满足国家生活饮用水卫生标准;分析可知,用作基底的H_(2)TiO_(3)对于Ag^(+)的吸附容量约为40.2mg/g,且对于Ag^(+)存在吸附及解吸附的动态平衡,这可能是保证AgCl-H_(2)TiO_(3)在抗菌过程中Ag^(+)溶出不超标的原因。该研究可为家用净水器滤芯提供具有安全高效抗菌功能的抗菌材料。

碳修饰的铁基催化剂催化降解膜生物反应器出水中有机污染物

采用水热法合成碳修饰的铁基催化剂,并利用非均相类Fenton反应对膜生物反应器(MBR)出水进行处理。研究表明,对催化剂进行碳修饰可以大幅提高类Fenton反应的催化活性,反应60 min对MBR出水COD的去除率可超过91%,且经过6次循环降解性能几乎保持不变。X射线光电子能谱(XPS)表明,反应后催化剂中高活性Fe^(2+)占比并未减少。循环伏安曲线表明,通过水热法进行碳修饰能有效提高催化剂电子传输效率并促进Fe^(2+)/Fe^(3+)循环。电子顺磁共振(EPR)测试表明,·OH和·O^(-)_(2)均是该体系中的活性氧物种。

利用H^+浓度变化控制含Cl^-的氨氮废水的电解时间

采用电化学间接氧化法处理含Cl^-的中高浓度氨氮废水,针对不同浓度的氨氮废水的电解时间的控制,提出利用废水的H^+浓度变化控制氨氮废水实际处理时间.从理论计算及对模拟和实际氨氮废水进行电解分析发现:当废水氨氮还没有完全降解时,每一个NH4+降解的过程中会生成一个H^+,c(H^+)随着时间线性上升;当氨氮刚好完全降解时,c(H^+)达到最大值;此后继续电解且废水pH<7时,电解过程形成的OH-会持续消耗H^+,c(H^+)随着时间线性下降.利用pH计实时监测废水的pH值,通过程控信号转换器进行c(H^+)与pH值的换算,将pH值信号转化为c(H^+)信号,可提高决策的准确性和灵敏度.

g-C_(3)N_(4)-Bi_(2)WO_(6)/沸石复合光催化材料的制备及氨氮降解研究

利用高温法制备g-C3N4,通过水热法分别制备g-C_(3)N_(4)-Bi_(2)WO_(6)光催化剂及沸石分子筛,以沸石分子筛为载体,利用简单研磨共混煅烧法制备g-C_(3)N_(4)-Bi_(2)WO_(6)/沸石复合光催化剂。通过SEM、XRD、BET对复合光催化剂的结构性质及物相组成进行表征,同时以40mg/L氨氮为目标污染物,研究了复合催化剂吸附、光催化及循环稳定等性能并确定了使用的最佳投料比,最后对作用的活性物质进行分析。结果表明,对Bi_(2)WO_(6)进行掺杂及负载化改性后,比表面积及总孔容分别提高了217.1m^(2)/g、0.497cm^(2)/g,对氨氮吸附能力明显增强,达到7.92mg/g;以千分之一投料,光照10h,光催化可降解52.2%的氨氮,较改性前提高了35.8%,且在循环使用七次后,降解率仍为44%,具有良好的稳定性;降解中主要的活性物质为电子空穴(h^(+))与超氧自由基(·O2^(-))。

臭氧催化氧化处理制膜污水厂二级生化出水

某制膜企业污水处理厂二级生化出水的可生化性极低,难以达标排放。以其为原水,采用连续流动固定床反应器进行多相催化臭氧氧化试验,分别考察了吸附及催化性能、臭氧投加量、进气臭氧浓度、水力停留时间、床层高度对二级生化出水处理效果的影响。结果表明,采用多相催化臭氧氧化具有明显的处理效果,在臭氧质量浓度为30 g/m3、水力停留时间2 h、催化床层高度1 m的条件下,出水COD_(Cr)<500 mg/L,可以达到北京市排入城镇污水处理厂标准要求。试验发现采用中间及底部分段进气时,可有效提高臭氧催化氧化效果。

阴阳离子种类对荷正电纳滤膜分离NH4^+性能的影响

采用荷正电纳滤膜进行市政水体中低浓度氨氮(NH3-N主要以NH4^+形式存在)去除性能研究,从离子微观理化参数的角度探究了共存阴离子Cl^-和SO24^-以及共存阳离子Mg^2+和Na^+对荷正电纳滤膜分离NH4^+性能的影响.结果表明,由于Cl^-与SO4^2-的微观理化参数区别很大,Cl^-比SO4^2-更优先透过荷正电纳滤膜,为保持膜过滤产水为电中性,进料液中的低电荷、小水合半径、小平均离子势、大扩散系数的NH+4会比Mg^2+优先透过膜.如果进料液中没有Na^+,则会导致NH+4的低截留,反之,由于NH4^+和Na^+微观理化参数较为相近,均可以透过膜,则会导致NH+4的优先透过失效.不同体系下的多级循环实验证明,MgCl^2+NH4Cl体系和Na2SO4^+(NH4)2SO4体系,利用荷正电纳滤膜均难以实现NH4^+与Mg^2+、Na^+的完全分离.

铵离子筛NaZn_(1.5)Fe(CN)_(6)的制备及选择性脱铵研究

以亚铁氰化钠、硫酸锌为原料,在常温常压下,利用沉淀法合成了对NH_(4)^(+)具有高选择性、吸附容量大且循环性好的铵离子筛NaZn_(1.5)Fe(CN)_(6)。采用聚丙烯腈作为粘结剂将NaZn_(1.5)Fe(CN)_(6)粉体成型造粒后,将铵离子筛颗粒填柱并用于市政污水的脱铵。针对氨氮质量浓度为45 mg/L的进水,吸附柱穿透前(将产水氨氮质量浓度>1 mg/L视为穿透),产水氨氮质量浓度稳定且小于1 mg/L(达地表Ⅲ类水体标准),穿透时对氨氮的吸附容量为28 mg/g,材料可循环使用750次以上。NaZn_(1.5)Fe(CN)_(6)对于NH_(4)^(+)的选择性吸附,主要是由于铵离子筛与NH_(4)^(+)存在两种效应:一是铵离子筛孔道尺寸与NH_(4)^(+)大小共同匹配所形成的空间尺寸效应,二是NH_(4)^(+)结构中的氢原子与铵离子筛骨架中氮原子作用形成的氢键效应。

活性炭吸附—电化学再生法处理纳滤浓水的研究

采用活性炭吸附—电化学再生工艺处理低压纳滤浓水(NF浓水),先用活性炭吸附富集NF浓水中的有机物,再用三维电极装置对吸附饱和的活性炭进行电化学再生。结果表明,吸附产水平均COD为20.7 mg/L,满足一级A排放标准要求。当电流密度为10 mA/cm^2,电解液为7.5%的氯化钠溶液,电解时间为3 h时,三维电极再生装置对活性炭的再生率能达到94.3%,且再生的重复性好。利用此工艺可以高效、经济地处理NF浓水。

自支撑与带衬型中空纤维膜的耐冲击性能研究

通过采用高压水枪冲击膜丝的方式来强化水力对膜丝的作用并表征膜丝的耐冲击性,比较自支撑膜和带衬膜耐冲击性并分析其影响因素。结果表明,自支撑膜膜材料的韧性越好,膜丝的耐冲击性越好,越不容易发生断丝;带衬膜膜材料的韧性越好和膜与支撑管的附着力越大,带衬膜的耐冲击性越好,越不容易出现脱皮;同一膜材料的自支撑膜与带衬膜相比,带衬膜的耐冲击性要大大提高。

基膜对纳滤与反渗透复合膜的影响

综述了基膜对纳滤与反渗透复合膜的影响,从孔径、孔隙率、亲水性以及表面形貌讨论了基膜对复合膜表面形貌、结构以及分离性能的作用规律。在此基础上,分析了现有研究的不足,提出了利用径迹蚀刻膜、阳极氧化铝膜或嵌段共聚物膜等均孔膜作为基膜来进行基础性研究的建议。此外,从实际应用的角度讨论了聚砜与聚醚砜常规超滤基膜存在的问题,以及聚乙烯电池隔膜作为新型基膜制备纳滤和反渗透复合膜的优势与发展前景。最后,总结归纳了适合纳滤与反渗透复合膜的基膜基本性能,并展望了基膜未来的研究趋势。

膜技术组合工艺在市政废水资源化方面的应用

利用电渗析技术及双极膜电渗析技术从"MBR+低压纳滤(DF)"工艺中的纳滤浓水中回收能源并制备酸碱,探究了相关工艺条件的影响。经过研究发现,电渗析脱盐率在90%时,有机物透过率仅为1.2%,较好的实现了有机物与无机盐的分离。从电渗析浓水中利用双极膜电渗析制备的酸主要为硫酸和盐酸,浓度可达0.55 mol/L,制备的碱主要为Na OH和KOH,浓度可达0.65 mol/L,可作为其他工艺的酸碱调节剂使用。

城市污水膜生物反应器处理工程中膜寿命预测

通过分析3座大型城市污水膜生物反应器(MBR)处理工程(>10 000 m^3/d)的长期运行情况(>3年)及NaClO离线清洗效果,试图建立两种方法对膜寿命进行预测,即基于实际平均比通量下降趋势的膜寿命预测(T(life)-1)和基于离线清洗前后膜渗透性恢复情况的膜寿命预测(T_(life)-2)。结果显示,对于同一座MBR工程,T_(life)-2略大于T_(life)-1,但当膜运行时间达到T_(life)-1时,实际产水量已无法满足要求,因此T_(life)-1更具有实际工程意义。另外,对其中1座MBR工程平均比通量和累积化学清洗强度的关系进行分析,结果表明化学清洗是膜寿命的重要影响因素,可能存在最大化学清洗强度,预示膜寿命终结,有助于膜清洗方案的优化。

低压纳滤膜用于给水深度处理的中试研究

以长江流域某自来水厂沉淀池出水为研究对象,采用超低压纳滤膜对其进行深度处理。中试(设计规模为50 m^3/d)考察了碧水源DF膜系统对关键污染物的截留性能、最佳工艺参数。结果表明,在设计回收率85%条件下,DF膜系统对CODMn、总铝、总溶解性固体(TDS)和总硬度的截留率分别为(74.0±6.0)%、(96.8±2.4)%、(24.6±1.5)%和(30.5±2.7)%,对检出的15种痕量有机物平均截留率为92.4%。优化工艺参数后,在不添加阻垢剂的条件下,回收率可达90%,稳定运行通量为16~18 L/(m^2·h),化学清洗周期为3个月左右,DF膜系统的直接运行费用为0.247元/m^3,工艺绿色,产水率高,具有良好的经济性。

阵列平板膜在MBR系统中的运行效能分析

以北京市某市政污水处理厂为例,分析介绍了阵列平板膜组器在该厂膜生物反应器中的运行情况。运行数据表明:阵列平板膜在平均通量25 L/(m^(2)·h),气水比8.5的条件下,具有良好的运行稳定性。通过对同一条廊道内不同位置的组器进行污染差异性及原因分析,发现污泥浓度差异与组器间膜污染程度呈正相关。组器浓缩效应导致污泥浓度呈梯度递增,回流端与进水端的平均污泥浓度比为1.09(最大可达到1.22),浓度的差异直接影响组器间的膜污染程度差异。在平均通量为15~25 L/(m^(2)·h)下运行时,组器两极通量比值仅为1.13~1.15,表明阵列平板膜组器的管路损失较小且通量分布均匀性较好。经与同类型产品相比,阵列平板膜在运行能耗及维护费用方面具有明显优势。

丙烯酸接枝PVDF超滤膜亲水改性研究

采用自由基聚合方法将丙烯酸接枝到经过消去反应形成一定C=C含量的PVDF中空纤维超滤膜表面,改善了膜表面的亲水性。依据超滤膜的孔径结构要求,调控丙烯酸接枝链的长度。通过XPS、SEM和水通量实验分析效果表明,丙烯酸接枝改性PVDF中空纤维超滤膜表面引入了-COOH和-OH亲水基团,膜表面和孔壁形成的亲水层没有改变膜表面的孔径尺寸,水通量比改性前提高了280%以上。

PAN-g-SiO_2聚合物的制备及PAN-g-SiO_2/PES超滤膜亲水性研究

通过纳米SiO2颗粒表面的-OH在硝酸铈铵作用下形成自由基引发聚丙烯腈(PAN)水解后在其分子主链上产生成的-C=C-进行自由基接枝反应,制备了不同粒径纳米SiO2接枝丙烯腈聚合物(PAN-g-SiO),IR2和EDS分析表明纳米SiO2接枝在PAN分子链上。进一步研究了PAN-g-SiO2对PES超滤膜亲水性的影响。静态接触角实验和纯水通量实验结果表明,PAN-g-SiO2聚合物的加入明显地降低了PES超滤膜的亲水角,提高了水通量。