【摘 要】
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在煤化工产业发展过程中,废水处理问题一直是困扰其发展的难点问题。尤其是煤气化废水含有多种有机污染物,具有严重的致毒和危害性。煤气化废水中苯酚的含量较高,并且苯酚是一种重要的化工原料,因此,从煤气化废水中分离回收苯酚具有十分重要的意义。目前工业上分离回收苯酚的方法主要有吸附脱酚和萃取精馏脱酚,其中吸附法中使用的吸附剂难以再生;萃取精馏法中的萃取剂常常有毒,易造成二次污染,且过程能耗大。渗透汽化膜分离
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在煤化工产业发展过程中,废水处理问题一直是困扰其发展的难点问题。尤其是煤气化废水含有多种有机污染物,具有严重的致毒和危害性。煤气化废水中苯酚的含量较高,并且苯酚是一种重要的化工原料,因此,从煤气化废水中分离回收苯酚具有十分重要的意义。目前工业上分离回收苯酚的方法主要有吸附脱酚和萃取精馏脱酚,其中吸附法中使用的吸附剂难以再生;萃取精馏法中的萃取剂常常有毒,易造成二次污染,且过程能耗大。渗透汽化膜分离工艺由于能耗低,无需再生,可连续操作及清洁环保等优点,成为从废水中分离回收苯酚最有前景的技术之一。本文将强疏水性,且具有对苯酚通过适宜孔径的ZIF-L晶体引入对苯酚具有强吸附性能的聚醚嵌段共聚酰胺(PEBA2533)中,制备混合基质膜,并从两个方面对混合基质膜进行优化。一方面针对添加物在聚合物中不均匀和团聚的情况,制备小晶粒的ZIF-L晶体,并用预涂覆添加物的方法制备铸膜液;另一方面针对添加物和聚合物两相之间存在界面缺陷的问题,在ZIF-L上引入氨基官能团,氨基官能团与聚合物基质上的酰胺官能团产生氢键作用,增强两相之间的作用力,抑制界面缺陷;考察制备的混合基质膜对苯酚溶液的脱酚效果。具体研究内容如下:1.采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)做封端剂调控ZIF-L晶体粒径,得到单分散的棒状ZIF-L晶体,随着PVP在合成液中含量的增加,晶体粒径逐渐减小,最小为1.5μm。在25℃下,1.5μm的棒状ZIF-L晶体对苯酚的吸附量可达21.9 mg/g,与文献报道的对苯酚具有吸附能力的其他材料相比,显示出一定的优势。2.以小粒径的ZIF-L为添加物,PEBA2533为有机基质,PTFE为载体,用预涂覆的方法,制备了不同掺杂量的ZIF-L/PEBA2533/PTFE混合基质膜。与掺杂大粒径的ZIF-L相比,小粒径ZIF-L晶体在有机基质PEBA2533中分散均匀,界面相容性好,对苯酚溶液的分离性能高。在高掺杂量(20 wt.%–30 wt.%)时,两相之间仍存在非选择性空隙。随着掺杂量从0 wt.%增加到30 wt.%,分离因子先增大后减小,总通量增加。当掺杂量为15 wt.%时,膜对苯酚显示出最佳的分离性能。在该膜上,进料温度从30℃增加到80℃时,总通量、水通量和苯酚通量均递增,分离因子也递增。在80℃,进料浓度从1000 ppm增大到8000 ppm,总通量略微增加,水通量基本不变,苯酚通量随苯酚溶液浓度的增加而增大,从169.9 g/(m~2·h)增加到了608.83 g/(m~2·h),分离因子递减,从71.67减少到32.19。3.以2-甲基咪唑和2-氨基苯并咪唑为混合配体,制备氨基取代度不同的ZIF-L-NH2晶体,在氨基取代度为5%–10%范围内,ZIF-L-NH2晶体的相结构不变;将其掺入有机基质中制备ZIF-L-NH2/PEBA2533/PTFE混合基质膜,ZIF-L-NH2与PEBA2533的–N–H键和H–N–C=O官能团产生氢键作用,增强了两相之间的结合力。取代度为7.5%的ZIF-L-NH2制备的混合基质膜的对苯酚溶液的脱酚效果最佳,在80℃,对5000 ppm浓度的苯酚溶液,分离因子为41.49,渗透通量为2420.41 g/(m~2·h)。与掺杂ZIF-L晶体的混合基质膜相比,分离因子提高,总通量下降,苯酚通量提升,这归因于界面缺陷减少,降低了水的非选择性扩散,故引入氨基改性的ZIF-L优化了膜的性能。
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