水处理用氧化铝陶瓷膜制备及其性能研究

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Al2O3陶瓷纳滤膜具备诸多优点,在水处理领域具有广大的应用前景。然而,Al2O3纳滤膜制备存在技术路线复杂,膜层完整性难以控制等问题。且待处理水污染物种类繁多,分子量大小不一,对用于处理不同水污染物的陶瓷膜的孔径分布提出了更严格的要求。本研究以异丙醇铝作为原料,硝酸为胶溶剂,通过溶胶-凝胶法制备了Al OOH溶胶,以浸渍法在Al2O3支撑体上直接涂覆Al OOH凝胶层,并通过调节溶胶的固含量来调控陶瓷膜的孔径,经过热处理后制得膜层厚度与孔径可控的高水通量Al2O3陶瓷纳滤膜。使用旋转流变仪、zeta电位仪、SEM、EDS、BET与过滤测试装置等设备,探究并分析Al2O3纳滤膜制备工艺对其结构与过滤性能影响,并测试不同孔径Al2O3纳滤膜对染料过滤性能的差异。本研究将固含量为3wt%、4wt%、5wt%、6wt%的Al OOH溶胶涂膜并热处理得到对应的Al2O3纳滤膜,膜层厚度均为6μm左右。随着Al OOH固含量由3wt%增加至6wt%,Al2O3纳滤膜孔径由3.16 nm下降至2.24 nm,纯水通量由267.2 L·m-2bar-1h-1下降至190.1 L·m-2bar-1h-1。Al OOH溶胶制备时,通过控制硝酸加入量和静置时间等工艺参数,可获得流变性能相近但固含量不同的Al OOH溶胶。Al OOH溶胶的流动黏度应控制在0.0025~0.005 Pa·s范围,使浸涂后的Al OOH凝胶膜的厚度约为6~12μm;Al OOH凝胶层的储能模量随着老化时间的增加而增加,当Al OOH凝胶层的储能模量大于常压下溶剂沸腾的饱和蒸气压时不会因溶剂的沸腾而开裂。研究结果表明,通过控制工艺参数,得到固含量与流变性能可控的Al OOH溶胶,进一步热处理后可制得表面平整无裂纹且膜层厚度与孔径可控的Al2O3陶瓷膜,具备纳滤性能。用制备的Al2O3纳滤膜过滤刚果红、结晶紫、亚甲基蓝、罗丹明B染料废水研究其过滤效果,截留率均在99%以上,并发现待过滤染料分子量与Al2O3纳滤膜孔径存在一定对应关系。对过滤染料后的Al2O3纳滤膜进行清洗,其纯水通量恢复至初始的75.8%。循环过滤3次后Al2O3纳滤膜仍具有较高的纯水通量,为初始的71.5%,再生能力较强。
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