碳纳米管复合纳滤膜的制备及对染料废水的处理研究

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传统的纺织工业用水量大,产生大量的废水若直接排放会对生态系统产生有害影响,纳滤膜技术作为一种高效的水净化处理方法,可用于染料废水的脱色。膜技术的应用主要受到两方面的限制:膜分离性能问题和膜污染问题,因此,本课题提出以巴基纸膜为底膜构建碳纳米管复合纳滤膜,并将其应用于染料废水的处理中。巴基纸膜作为底膜,对膜的整体性能影响较大,需要对其物化性质及性能进行研究;为实现这种新型复合纳滤膜在染料废水中的应用,需要对复合纳滤膜的微结构、物化性质以及渗透/选择性能进行深入的研究;还需要研究所制备的复合纳滤膜对染料废水的净化作用;为了进一步拓展复合纳滤膜的应用,需要对复合纳滤膜的分离性能进行评价,并对其分离机理进行探讨。本研究以真空抽滤方式制备了一系列不同CNT负载量的巴基纸膜(BP),采用各种手段对巴基纸膜进行表征和测试,分析CNT负载量对膜性质的影响。研究发现,CNT负载量对巴基纸膜的电负性、亲疏水性、孔径分布、机械强度等均有影响,而表面粗糙度和孔隙率则无明显变化。巴基纸膜的纯水渗透率可达210 LMH/bar左右,对腐殖酸的截留率达90%以上。由于原始巴基纸膜机械强度较差,较高的疏水性和表面粗糙度不利于界面聚合反应,故将巴基纸膜浸渍在聚乙烯醇(PVA)水溶液中,由此制得的改良巴基纸膜(BP-PVA)的机械强度和表面性质有所改善。因此,以改良巴基纸膜为底膜,采用界面聚合方法,对制膜参数优化后得到的碳纳米管复合纳滤膜(BP-PVA-PA膜)的二价盐截留率在98%,渗透率在7.08 LMH/bar。为研究改良巴基纸膜作为底膜对复合纳滤膜的影响,以BP膜和聚偏氟乙烯膜(PVDF)分别作为底膜制备聚酰胺膜,即BP-PA膜和PVDF-PA膜,综合比较BP-PVA-PA膜与对照膜BP-PA膜和PVDF-PA膜在物化性质、渗透性能以及截盐性能等方面的差异。结果表明,BP-PVA-PA膜具有更好的选择/渗透性能和机械强度。为了评估碳纳米管复合纳滤膜对染料废水的处理效果,测试了BP-PVA-PA膜对刚果红、甲基橙、亚甲基蓝和罗丹明B这四种模拟染料废水的截留效果及抗污染能力,并以NF90商品纳滤膜作为对照,结果表明BP-PVA-PA复合纳滤膜具有良好的染料截留性能和抗污染性能。对复合纳滤膜的选择/渗透性能进行评价,发现与NF90商品纳滤膜相比,BP-PVA-PA复合纳滤膜具有更好的选择性分离性能。此外,还对符合纳滤膜的分离机理进行探讨,发现在复合纳滤膜对无机盐的选择性分离中,“道南效应”占主导地位。
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