用于焦化污水处理超滤膜制备及其应用研究

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聚偏氟乙烯(PVDF)是一种具有优良的化学稳定性和热稳定性、机械强度高、价格便宜的制膜高分子材料。本文研究以PVDF为原料制备应用于焦化污水处理的分离膜。通过正交实验确定基膜制备最佳条件,后通过单因素实验确定致孔剂的用量。应用涂覆改性和共混改性方法对PVDF基膜进行改性处理,考察改性膜对焦化污水的处理效果。首先,PVDF基膜制备应用正交实验法确定制膜最佳条件。确定的制膜最佳条件为:15%PVDF/2.4%PVP/1.6%LiCl/81%DMAc在75℃下搅拌反应,凝固浴温度为35℃,此时膜纯水通量为383.75L/m2·h,COD截留率为77.3%,孔隙率为84.0%,接触角为66.1°。然后,选择纳米TiO2涂覆改性PVDF膜,考察涂覆浓度和时间对改性效果的影响。实验结果表明,当TiO2浓度(质量浓度)为0.5%,涂覆时间为18h时膜性能最佳。此时膜的纯水通量为316.43L/m2·h,COD截留率为80.62%,孔隙率为81.34%,表面接触角为41.25°。可见改性后膜保持了较高的纯水通量且表面亲水性也有所改善。之后,选择纳米TiO2和经过PEG修饰的纳米TiO2共混改性PVDF膜。由纳米TiO2共混改性实验发现,当纳米TiO2的共混浓度为0.4%时膜性质相对较好,此时膜纯水通量为225.27L/m2·h,COD截留率为71.54%,孔隙率为83.50%,接触角为57.75°。PEG-TiO2共混改性时,修饰剂PEG的添加量为0.12%时,膜的性质最佳,此时纯水通量为308.48L/m2·h,COD截留率为79.19%,膜孔隙率为86.78%,表面接触角为54.20°。由此可见膜表面亲水性得到了改善,使膜抗污染能力增强。最后,应用改性膜对高浓度焦化污水COD进行脱除实验,经测试发现,PEG-TiO2共混膜具有较高的COD截留率、纯水通量恢复率,可进一步研究该膜应用于焦化污水预处理段除油过程。该膜的纯水通量为308.48L/m2·h,在处理COD值为5125.40mg/L的高浓度焦化污水时,COD截留率为82.86%,污水通量基本稳定在151.94L/m2·h左右,纯水通量恢复率可达到87.81%。由此可知,PEG-TiO2共混膜对高浓度焦化污水处理效果明显,且抗污染性强,重复利用率高。综合本次研究实验结果可知,PEG-TiO2共混改性PVDF膜较适合处理焦化污水,可进一步研究其焦化污水工业应用。
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