臭氧催化功能陶瓷分離膜的制備及其水處理性能.pdf

1、陶瓷膜分離技術在水處理過程中的應用得到了越來越多的重視，然而其功能單一、濃縮液二次污染以及膜污染等問題制約了陶瓷膜分離技術的廣泛應用。催化臭氧氧化技術可以有效分解和礦化水體中的有機污染物，但其應用過程中卻面臨催化劑流失嚴重以及回收困難的問題。通過將臭氧催化劑負載于陶瓷膜上，制備臭氧催化膜，有望實現(xiàn)催化臭氧氧化和陶瓷膜分離的多功能作用，從而在提高污染物去除率、緩解濃縮液二次污染以及減輕膜污染的方面起到一定作用，同時解決催化臭氧氧化技術中催

2、化劑流失和回收的問題。
　　本論文將催化臭氧化技術與陶瓷膜分離技術進行耦合，開發(fā)了兩種具有不同結構的催化陶瓷超濾膜，用于催化臭氧氧化-陶瓷膜分離耦合工藝，同時進行了相關的中試試驗研究。主要研究內容如下:
　　采用溶膠凝膠法制備了催化層、分離層一體的Ce-Ti復合催化超濾膜，通過調控Ce-Ti溶膠的配比、粘度以及涂覆次數(shù)實現(xiàn)Ce-Ti復合催化超濾膜的可控制備。對模擬微污染地表水的處理結果表明，Ce-Ti復合催化膜在有機物去除方

3、面具有催化臭氧氧化和陶瓷膜分離的耦合協(xié)同效應，對于四環(huán)素和腐植酸濃度分別為5 mg/L和10 mg/L的模擬地表水，在臭氧劑量為2.5 mg/L時，四環(huán)素和腐植酸的去除率分別可以達到80％和72％，比單獨臭氧氧化過程和膜分離過程的簡單加和分別提高了36％和17％，其主要機理在于Ce-Ti催化劑增強了反應過程中羥基自由基的產生，從而促進了水體中有機物的分解。
　　采用真空浸漬法制備了介孔Ti-Mn催化劑修飾的多級孔結構催化膜。Ti-

4、Mn催化層的孔結構、催化劑負載量以及比表面積分別通過造孔劑的添加量、溶膠粘度以及溶膠顆粒尺寸等因素進行調節(jié)。對多級孔結構催化膜的結構進行分析，結果表明多級孔結構催化陶瓷超濾膜的膜面孔結構是由TiO2納米棒組裝的骨架結構和Ti-Mn催化劑的二級介孔結構共同組成的，而且由于壓力的驅動，Ti-Mn溶膠充分滲入了支撐層的內部孔道，從而使膜的支撐層也負載了Ti-Mn催化劑，提高了催化劑的負載量。對模擬染料廢水的處理結果表明，以多級孔結構催化膜為分

5、離單元的臭氧-膜耦合工藝對于廢水的脫色和污染物去除均有良好的效果，在中性條件下，對于入水CODCr為195.3 mg/L的模擬染料廢水，其色度和CODCr的去除率分別達到100％和74.3％，同時在連續(xù)運行過程中，其通量比相同運行條件下未負載催化劑陶瓷膜的通量有明顯提高，說明多級孔結構催化膜為分離單元的臭氧-膜耦合工藝具有一定的抗污染性能。通過對比分析可以看出在以多級孔結構催化膜為主體單元的臭氧-膜耦合工藝中，實現(xiàn)了催化臭氧氧化和陶瓷膜

6、分離過程的有效耦合，在去除有機污染物、緩解膜污染等方面產生了良好的協(xié)同效果。
　　同時，設計和制造了日處理量為50t的臭氧-膜耦合中試試驗裝置，并以Ce-Ti復合催化陶瓷超濾膜以及多孔Ti-Mn催化劑修飾的陶瓷微濾膜為主要單元，針對大連市凌水水庫微污染地表水進行了的中試研究。結果表明，Ce-Ti復合催化膜與臭氧耦合工藝可以提高水體中UV254和CODMn的去除率，同時對于水體中的細菌有良好的殺滅效果，出水濁度也遠低于飲用水標準;此

7、外，膜面污染現(xiàn)象也有一定緩解，膜通量穩(wěn)定，反洗效果良好。對于多孔Ti-Mn催化劑修飾的陶瓷微濾膜與臭氧耦合工藝，對比分析催化劑負載前后的實驗結果，發(fā)現(xiàn)催化劑負載后，催化臭氧氧化作用明顯增強，顯著提高了水中UV254和CODMn的去除率，促進了有機污染物的分解，同時出水總菌數(shù)和濁度都得到了有效的控制;此外，運行過程的膜通量也有明顯提高，并延長了膜的反洗間隔時間，起到了改善膜面污染的作用。
　　綜上所述，本研究中所制備的兩種不同結構的