電催化耦合膜分離處理高鹽有機(jī)廢水研究.pdf

1、膜分離技術(shù)已廣泛應(yīng)用于海水淡化、食品工業(yè)用水純化、醫(yī)藥化工生產(chǎn)等諸多領(lǐng)域，而近年來(lái)在污水處理領(lǐng)域，膜分離也顯現(xiàn)出獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和廣闊的應(yīng)用前景。但膜分離技術(shù)在廢水處理過(guò)程中，會(huì)因污染物（有機(jī)物、顆粒物和藻類等）在膜表面的附著和膜孔內(nèi)的堵塞而產(chǎn)生膜污染現(xiàn)象，導(dǎo)致膜通量衰減，進(jìn)而縮短膜的使用壽命。目前常用的緩解膜污染的方法分為物理清洗和化學(xué)清洗兩類，但這些方法均存在耗能大、成本高和膜設(shè)備停用時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題，有必要開(kāi)發(fā)更節(jié)能、高效和易于操作的膜

2、污染抑制新技術(shù)。電催化能有效降解染料、苯類、農(nóng)藥等有機(jī)物，使其降解為小分子有機(jī)物或完全氧化為CO2和水。本文將膜分離和電催化二者結(jié)合起來(lái)，緩解膜污染現(xiàn)象同時(shí)使有機(jī)物和鹽實(shí)現(xiàn)有效分離，還能夠濃縮、回收染料。
　　本文選取了析氧過(guò)電位最高的二氧化錫作為基礎(chǔ)電催化材料，對(duì)之進(jìn)行銻、鉍、鈰等稀土元素的摻雜改性以提高其電催化性能，將改性二氧化錫通過(guò)溶膠凝膠法在Al2O3膜基材上制備出電催化陶瓷分離膜。并以該膜材料處理高鹽有機(jī)廢水的實(shí)驗(yàn)探究電

3、膜耦合抑制膜污染的機(jī)制。
　　本文制備了兩種材料構(gòu)成不同的復(fù)合陶瓷膜。其一為Sb-Bi-SnO2/Al2O3復(fù)合陶瓷超濾膜，其采用溶膠凝膠技術(shù)，以氯化亞錫作為前驅(qū)體，平板Al2O3膜作支撐體制備而成。通過(guò)掃描電鏡(SEM)，能量色散X射線儀(EDX)，X射線衍射(XRD)與紅外光譜(FTIR)對(duì)膜表面進(jìn)行表征分析，結(jié)果表明，Bi元素成功摻雜到Sb-SnO2里，但沒(méi)有進(jìn)入SnO2晶格，而是已BiClO形式存在SnO2表面。Bi元素的

4、摻雜抑制了二氧化錫晶粒的增長(zhǎng)，促進(jìn)了SnO2向金紅石相轉(zhuǎn)變。SnO2的平均粒徑為9.3nm，復(fù)合膜表面均勻平整，平均孔徑3nm。
　　實(shí)驗(yàn)對(duì)高鹽直接橙S染料廢水的處理結(jié)果表明，廢水初始濃度、鹽含量、電壓強(qiáng)度，跨膜壓差等工藝參數(shù)對(duì)該陶瓷膜分離性能有顯著影響。在電壓值1.0 V、跨膜壓差0.4 Mpa、NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)20％、直接橙S初始濃度40 mg/L、pH值為5條件下，電催化效果最好。此時(shí)該板式復(fù)合陶瓷超濾膜對(duì)直接橙S的截留率高

5、達(dá)99％，廢水脫色率接近100％，染料濃縮效果好;對(duì)單價(jià)無(wú)機(jī)鹽NaCl的截留率低于1％，有效實(shí)現(xiàn)了染料和無(wú)機(jī)鹽的分離。電催化耦合膜分離處理直接橙S染料廢水，相比單一膜分離膜通量提高110％。
　　通過(guò)掃描電鏡(SEM)、能量色散X射線儀(EDX)，X射線衍射(XRD)、紫外可見(jiàn)漫反射吸收光譜(UV-Vis DRS)與TOC對(duì)緩解膜污染機(jī)理進(jìn)行分析，電膜耦合一體化有效抑制了濃差極化現(xiàn)象，通過(guò)減少膜表面及膜孔內(nèi)的有機(jī)污染物實(shí)現(xiàn)了膜污染

6、的緩解甚至消除。
　　其二是Sb-Ce-SnO2/4A分子篩/Al2O3復(fù)合陶瓷納濾膜。其采用溶膠凝膠法與刮擦晶種料漿法，以氯化亞錫作為前驅(qū)體，平板Al2O3膜作支撐體制備而成。通過(guò)掃描電鏡(SEM)，能量色散X射線儀(EDX)與X射線衍射(XRD)對(duì)膜表面進(jìn)行表征分析，結(jié)果表明，Ce元素成功摻雜到Sb-SnO2里，摻雜摩爾比1％(Sb∶Ce∶Sn=10∶1∶100)時(shí)，結(jié)燒效果最好，制備的復(fù)合陶瓷膜表面平整光滑，沒(méi)有龜裂。Ce元

7、素的摻雜抑制了二氧化錫晶粒的增長(zhǎng)，促進(jìn)了SnO2向金紅石相轉(zhuǎn)變。SnO2的平均粒徑為14.2 nm，膜面平均孔徑2nm。
　　以含鹽直接橙S為目標(biāo)污染物，對(duì)該陶瓷膜的分離性能進(jìn)行了研究。染料初始濃度、廢水pH、跨膜壓差及電壓強(qiáng)度等參數(shù)對(duì)膜分離性能影響顯著。電壓、跨膜壓差等工藝參數(shù)對(duì)復(fù)合陶瓷膜處理染料廢水的性能影響較大。在電壓值1.4 V、跨膜壓差0.7 Mpa、NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)10％、直接橙S初始濃度20 mg/L、pH值為5條件

8、下，該板式復(fù)合陶瓷納濾膜對(duì)直接橙S的截留率高達(dá)99％，廢水脫色率接近100％，染料濃縮效果好。對(duì)單價(jià)無(wú)機(jī)鹽NaCl的截留率低于2％，有效實(shí)現(xiàn)了染料和無(wú)機(jī)鹽的分離。電催化耦合膜分離處理直接橙S染料廢水，相比單一膜分離膜通量提高100％。
　　通過(guò)掃描電鏡(SEM)、能量色散X射線儀(EDX)，X射線衍射(XRD)、紫外可見(jiàn)漫反射吸收光譜(UV-Vis DRS)與TOC對(duì)緩解膜污染機(jī)理進(jìn)行分析，電膜耦合一體化有效抑制了濃差極化現(xiàn)象，在