论文部分内容阅读
化工、冶金、电子等工业产生大量含金属离子废水，主要采用化学沉淀、溶剂萃取、絮凝沉降、离子交换、吸附和膜分离进行处理。膜技术如有机纳滤和反渗透等过程已应用于含金属离子废水的处理中。纳米孔径的陶瓷膜由于制备难度大，大规模、批量化的产品少，因此其应用研究不多。稀土金属离子的回收利用是资源化的重要途径。本文将孔径为5nm TiO2陶瓷膜用于回收水中的镧离子，考察十二烷基硫酸钠(SDS)对陶瓷膜截留镧离子的增强作用，并进行了SDS与La3+作用机理分析，以期推进纳米孔径陶瓷膜的工业化应用。研究工作主要分以下三部分。 首先，采用孔径5nm陶瓷膜直接处理含镧离子废水，考察了离子浓度、跨膜压差、溶液pH值和NaCl等对膜分离性能的影响。结果表明:由于双电层作用，一方面La3+浓度增大，对膜孔内负电荷的屏蔽作用增强，使La3+透过膜孔的浓度增大，膜对La3+的截留率降低;另一方面溶液La3+浓度增大，膜孔内双电层增厚，增大了水分子透过膜的传质阻力，膜通量略有下降。随着跨膜压差的增大，渗透通量逐渐增大，La3+截留率变化不明显，大约维持在70％左右。电解质的加入明显降低了陶瓷膜对镧离子的截留性能。随着NaCl浓度的增大，陶瓷膜表面电荷被中和屏蔽，有效电荷密度降低，道南效应减弱，膜对镧离子的截留率从69.3％减小到26.0％。溶液pH对La3+截留性能影响显著，pH不仅改变了膜表面荷电性，同时也改变镧在水中的存在形式。当溶液pH=1时，镧以游离的La3+形式存在，膜对镧的截留率为25％;当pH为10时，镧主要以氢氧化镧沉淀的形式存在，膜对镧的截留率大于99.7％;当pH=6～8时，部分La(OH)2+的存在，增大了膜孔堵塞阻力，导致膜通量较低。调整溶液pH值有助于陶瓷超滤膜回收废水中金属离子，实现资源化利用。 其次，将十二烷基硫酸钠(SDS)与孔径5nm的陶瓷膜结合，探索胶束增强陶瓷膜法处理镧离子废水的可行性。考察了SDS浓度、跨膜压差(TMP)、溶液pH值等因素对陶瓷膜过滤性能的影响。结果表明，随着SDS浓度的增大，陶瓷膜对La3+的截留率从70％增大到99.9％;当SDS浓度大于临界胶束浓度(CMC)后，膜对La3+的截留率略有降低，大约维持在95％-97％左右;膜通量则随SDS浓度增大先减小后增大，最后趋于65L·m-2·h-1·bar-1。随着TMP提高，膜通量基本呈线性关系增大，膜对SDS和La3+的截留率略增大。随着溶液pH的升高，渗透通量略有下降，膜对La3+和SDS的截留率均显著增加。采用体积浓度为0.5％的稀硝酸清洗污染的陶瓷膜，膜的纯水通量可恢复到95％以上，重复性好。 最后，通过考察不同c(SDS)和c(La3+)的比值下溶液电导率和粒径的变化，探讨SDS与La3+的作用机理。结果表明，随着SDS的不断加入，溶液先出现白色絮状沉淀，然后变浑浊，最后逐渐变澄清。当c(SDS)/c(La3+)＜3时，溶液中的La3+与SDS的极性基团发生电中和作用，使得粒子间静电排斥力消失而脱稳，这些粒子聚集增多形成白色的絮状沉淀;当3＜c(SDS)/c(La3+)＜8时，SDS单体趋向于形成稳定的胶束结构，破坏了原有的沉淀物结构，沉淀逐渐消失，溶液变浑浊;当c(SDS)/c(La3+)＞8时，由于SDS单体形成了稳定的带负电的胶束，La3+则由于静电作用吸附在胶柬上，溶液由浑浊变为澄清。