改性陶瓷膜制备及其催化单过硫酸盐缓解膜污染效能研究

• 作 者: 马文结
• 出 处: 哈尔滨工业大学
• 发表日期: 2020年02期
• 关键词: 膜污染 改性陶瓷膜 过一硫酸氢钾 在线氧化

膜污染是限制低压膜分离水处理技术推广应用的主要障碍,高级氧化技术结合膜分离水处理是控制膜污染的有效途径。本课题研究了改性陶瓷膜制备及其催化过一硫酸氢钾（PMS）氧化NOM结合低压驱动膜过滤缓解膜污染效能,系统性地研究了改性陶瓷膜催化PMS氧化协同膜滤控制膜污染效能及其影响因素。在已有的研究基础上适当改进制备出MnFe₂O₄和Fe₂O₃,并筛分商品MnO₂准备改性材料。结合XRD、等温N₂吸附脱附、FTIR和Zeta电位测试分析改性材料的物相结构和表面性质,改进制备方法提高了MnFe₂O₄和Fe₂O₃比表面积和孔容,有利于提高对应改性陶瓷膜催化PMS氧化效能。高压驱动商品陶瓷膜过滤改性材料悬浮液结合热处理制备改性陶瓷膜,表面改性造成渗透通量下降不超过10%。低压驱动改性陶瓷膜过滤SA、BSA、HA及其混合溶液模拟的NOM溶液,对比基膜和改性陶瓷膜膜比通量及TOC截留率变化,膜表面改性对缓解膜比通量下降并无显著作用,改性材料吸附使得改性陶瓷膜TOC截留率略有提高。改性陶瓷膜表面的MnFe₂O₄和Fe₂O₃和商品MnO₂作为非均相催化剂催化PMS分解并通过新生成的自由基氧化有机污染物,总体上改性陶瓷膜催化PMS氧化NOM能够不同程度地缓解膜污染,膜改性材料和NOM种类是影响催化氧化缓解膜污染效果的重要因素,实验范围内0.5mM是改性陶瓷膜催化PMS氧化缓解膜污染最适投加浓度,自由基竞争反应表明催化PMS氧化由·OH和SO₄^·-过程共同主导。过滤NOM混合溶液形成膜污染改变基膜和改性陶瓷膜表面形貌和粗糙度,降低膜表面粗糙度。FTIR测试分析表明膜分离截留溶质吸附NOM分子,由于吸附NOM分子以及表面-OH与膜污染物氢键作用和膜污染物分子内或分子间氢键作用使截留溶质交联聚合,加剧膜污染。分析膜污染形成机理及其催化PMS在线氧化控制膜污染机理,膜表面吸附截留NOM是形成膜污染的主要原因,膜污染模型拟合计算结果表明改性陶瓷膜过滤NOM膜污染形成由多种膜污染模型共同作用,标准阻塞模型主导,催化PMS在线氧化增加低分子量NOM比例,膜污染形成主要由标准阻塞模型主导,其他膜污染模型影响降低。