疏水性中空纤维膜组件操作过程模拟

采用疏水性中空纤维膜组件和去离子水分离混合气中CO2,研究了气液流速、混合气CO2浓度和操作温度以及膜形态等因素对总传质系数的影响。通过传质阻力层方程和质量微分方程的关联,建立了新型数学模型,模拟了各种条件下的传质过程。结果表明,流体力学状态的改变能够加强传质,但加强程度有限;提高气相CO2浓度能够提高总传质系数;具有高孔隙率的膜组件拥有高传质系数;提高操作温度能够促进扩散,提高传质系数,在较高温度下,存在膜孔湿润的现象。模型能够较好地模拟膜接触器—物理吸收过程,模型值能够较准确地反映疏水性中空纤维模组件传质过程。

基于改性疏水性PVDF中空纤维膜的MBfR中生物膜特性研究

针对膜生物膜反应器(MBfR)中疏水性PVDF中空纤维膜供氧能力不足及生物亲和性较差等问题,以实验室自制PVDF疏水膜为基膜,采用多巴胺自聚合法制得DOPA/PVDF复合膜,以PVDF原膜及DOPA/PVDF复合膜为基础构建平行运行的MBfR系统,对系统启动及初步稳定运行过程中曝气膜表面的生物膜特性进行研究.结果表明,相比于原膜,MBfR运行初期,复合膜表面微生物附着量较多,复合膜MBfR系统对TOC和NH+4-N平均去除率分别为69.4%和28.9%;复合膜表面生物膜优先进入成熟稳定阶段,对TOC和NH+4-N平均去除率分别为94.1%和58.1%;MBfR中生物膜形成过程中,复合膜表面生物膜分泌的EPS含量平均值为原膜的1.1倍,生物膜接触角平均值为原膜的1.3倍,疏水性更强;复合膜与生物膜黏附性能优于原膜系统,平均黏附力为43.7 nN,TB-EPS及TB-PN/PS是影响黏附力的主导因素.

中空纤维膜臭氧接触式反应器传质机理分析

将疏水性聚四氟乙烯(PTFE)中空纤维膜组装成膜接触器,开发了膜接触式臭氧(O_(3))传质技术。对比了气泡传质和膜接触传质的差异,通过O_(3)传质模型和阻力模型对该技术的主要影响因素和传质机理进行了研究。结果表明,O_(3)可以有效地通过疏水性PTFE膜进行传质,当搅拌速度达到1500r/min时,膜传质的表观传质系数(0.3049min-1)与气泡传质(0.3109min-1)相当。同时,膜表面的疏水结构将尾气的湿度降低到0.8g/m^(3)以下,远低于气泡传质(>11.5g/m^(3)),符合进入臭氧发生器的标准,具备回收氧气的可行性。O_(3)的传质通量受液体流速、p H、污染物浓度、气体流量以及进气O_(3)浓度的影响。在pH=11、苯酚浓度为0或pH=7、苯酚浓度为20mg/L时,传质通量达到了0.16g/(m^(2)·h)。O_(3)传质过程的传质阻力主要由膜阻力和液相阻力组成,而通过液相条件控制可以有效减小液相阻力,因此进一步降低传质阻力需要膜技术的发展。

MBfR中改性PVDF疏水中空纤维膜表面微生物附着生长特性研究

针对膜生物膜反应器(MBfR)研究中疏水性微孔膜供氧能力不足、生物亲和性能较差等问题,采用界面聚合及自聚合法对自制的疏水性聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜进行表面改性,制备出适合于MBfR技术的PVDF/DOPA改性膜与PVDF/TMC-CS改性膜.选取混合微生物体系研究微生物在原膜和改性膜表面上的粘附生长情况,评价了3种膜材料生物亲和性的差异,并对3种膜材料表面生物膜的MBfR有机物及氨氮处理特性进行了初步研究.研究结果表明,与原膜相比,PVDF/DOPA改性膜在微生物附着生长实验后生长的微生物厚度最高,为25μm,微生物膜优先成熟且附着的微生物数量较多,表明PVDF/DOPA改性膜的生物亲和性最高;附着微生物的PVDF/DOPA改性膜废水处理能力较高,对TOC和NH4+-N的去除效果可稳定保持在93.48%、84.74%左右,同时对废水的抗有机冲击负荷能力明显优于另两种膜材料系统.

膜法海水提溴用PVDF中空纤维膜的研制

采用相转化法制备海水提溴用疏水性聚偏氟乙烯中空纤维膜,考察聚合物浓度、无机复合添加剂浓度、膜干燥方式及后处理方法对膜结构和性能的影响.结果表明,无机复合添加剂能有效提高膜机械性能,同时不影响膜疏水性;溶剂置换法不能完全避免膜收缩,从而直接影响膜孔结构和透气性能.物理后处理方法可显著提高膜透气性能,氮气通量为8.62 m3/(m2.h),孔隙率为63.31%,膜断裂强度可达到1.64 cN/Tex,膜断裂伸长率为79.10%.

中空纤维膜吸收器净化低浓度甲醛和氨气的模拟研究

基于疏水性聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜吸收器搭建净化低浓度甲醛、氨气污染模拟系统,考察进气流量、吸收剂流量等因素对膜吸收过程净化效果及传质性能的影响。研究结果表明:当进气流量分别为120 L/h和480 L/h时,甲醛净化效率分别达92.4%和86.9%,氨气净化效率分别达94.5%和86.4%。随进气流量的增加,甲醛和氨气的净化效率均降低。当吸收剂流量从100 mL/min增加到600 mL/min,甲醛的净化效率由93.7%升高至95.8%,氨气的净化效率由97.4%升高至98.6%。

利用聚丙烯(PP)中空纤维膜去除水中溶解氧的试验

提出并研究了一个利用疏水性中空纤维膜去除水中溶解氧的新工艺 ,测定了所采用的聚丙烯 (PP)中空纤维膜的耐压性能。

弱酸性条件下氧化剂诱导多巴胺改性疏水性PVDF膜应用于MABR技术

论文针对膜曝气生物膜反应器(Membrane Aeration Biofilm Reactor,MABR)研究中疏水性微孔膜泡点压力低、氧传质性能不佳等以及多巴胺改性复合膜改性过程中改性时间长、复合层稳定性能欠佳等问题,采用简便的单步氧化法,在弱酸性环境中(pH值=5.0)选用高碘酸钠诱导氧化多巴胺(Dopamine,DOPA)对疏水性PVDF中空纤维微孔膜进行表面涂覆改性,并采用响应曲面法优化了涂覆表面改性条件,在1.48 h、1.014 g/L和39℃下实现了多个响应变量的单一最佳点。在最佳涂覆条件下获得的PDA-coated PVDF改性膜氧传质性能由原膜0.77×10^(-2)min^(-1)提升至1.68×10^(-2)min^(-1),为原膜的2.18倍。进一步的FSEM、FTIR、XPS分析表明PDA聚合物成功涂覆在膜表面,AFM结果表明最佳改性膜表面粗糙度增加,改性膜其它基本性能都显著提升。

减压膜蒸馏式太阳能海水淡化的实验研究

通过将聚丙烯(PP)疏水性中空纤维膜应用在太阳能海水淡化蒸发器中,对太阳能辐射照度、集热器出口温度、蒸发器不同出口水温的变化以及淡水产量等进行研究。结果表明,当系统运行稳定,北京时间当日中午12点时,太阳能辐射照度达到最大为986 W/m2,此时太阳能集热器出水温度为95℃,总淡水产量达到40 L,相比无膜的环境下,总淡水产量提高了1/2。

膜吸收法处理高浓度甲醛废气资源化技术研究

采用疏水性中空纤维膜接触器,以NaHSO3为吸收液处理高浓度甲醛废气。研究了吸收液流量、吸收液温度、吸收液浓度、气体进口流量和气体进口浓度等因素对甲醛去除率和总传质系数的影响。结果表明,当吸收液流量为4.17×10-6m3/s,吸收液温度为60℃,甲醛进气流量为3.7×10-6m3/s,甲醛进气浓度为566 mg/m3时,甲醛出气浓度可低至2.8mg/m3,甲醛的去除率可达99.5%,总传质系数为4.46×10-5m/s。反应产物(ɑ-羟基磺酸钠)易分离,并可作为重要的有机合成原料或用于制备高纯甲醛而得到充分利用,NaHSO3溶液经适当稀释后仍可作为吸收液循环使用。表明膜吸收法可基本实现高浓度甲醛废气处理的资源化。

PVDF膜接触器吸收二氧化碳过程中延缓膜润湿的研究

采用二乙醇胺水溶液为吸收剂于聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜组件中吸收CO2,研究了膜吸收过程中延缓膜润湿的方法.实验分别考察了气相压力的加压方式、加压时长以及液相添加无机盐对膜浸润的影响,并对膜浸润进行了理论分析.实验结果表明,随着气相间歇加压的压力增大,膜浸润百分数最多下降33%,气相间歇加压存在最优的加压时长和合理的加压程序.保持气相压力持续为高压态,并不能有效地延缓膜润湿.通过向吸收剂中添加无机盐成分,可以减少自发浸润的进行,在吸收过程中膜浸润率下降16.7%.

MBfR中PVDF／pDOPA改性膜耐污染性能研究

针对膜生物膜反应器(MBf R)研究中疏水性微孔膜供氧能力不足、耐污染性较差等问题,采用自聚合法对自制疏水性聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜进行表面改性,研究制备适用于MBf R技术的PVDF/p DOPA中空纤维复合膜。选取典型有机污染物牛血清白蛋白(BSA),考察原膜及表面改性膜的抗污染性能,并采用XDLVO理论定量解析BSA对PVDF原膜及PVDF/p DOPA改性膜的污染行为。研究结果表明,改性膜对BSA的吸附速率低于原膜,最终BSA吸附量为原膜的62.1%,进一步的氧传质实验表明BSA污染后,改性膜的氧总转移系数衰减率(14.0%)低于原膜(21.9%),显示出优于原膜的抗污染性能。XDLVO理论所涉及到的三种界面自由能中,粘附阶段和粘聚阶段的极性力界面自由能均起主导作用,决定总界面自由能的性质,范德华力界面自由能和静电力界面自由能绝对值相对较小,对膜污染影响较为微弱;PVDF/p DOPA改性膜与BSA之间的总表面自由能(10.53 m J/m2)远大于PVDF原膜(-12.52 m J/m2),较好的解释了原膜与改性膜耐污染性能的差异。