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正渗透技术作为一种渗透压驱动的新型膜分离技术，因其操作简便、环境友好、污染倾向低等优点受到了广泛关注，被广泛应用于海水及苦咸水淡化、农田灌溉、药物分离等领域。聚酰胺复合(TFC)正渗透膜在实际应用过程中存在着严重的内浓差极化(ICP)以及TFC膜固有的水通量与截盐率之间的“上限平衡”限制了正渗透技术的实际应用。此外，正渗透膜的膜污染也会影响正渗透膜的性能，缩短膜材料的使用寿命，增加清洗和实际操作成本。针对上述问题，本研究利用碳纳米管(CNT)作为中间层，制备出具有三层结构的高性能纳米复合正渗透膜，并系统研究了正渗透在页岩气废水处理中的应用及正渗透过程中的无机结垢现象。具体研究内容如下:
将多巴胺(DA)修饰的碳纳米管分散液，通过抽滤沉积在聚醚砜(PES)超滤支撑层上，构筑正渗透膜的中间层结构。对石墨相氮化碳(gCN)进行酸化，制备得到具有优异分散性、尺寸更小的酸化石墨相氮化碳(aCN)。进一步采用共沉淀法，在aCN表面生成磷酸银(AP)颗粒，从而获得具有抑菌性能的aCN/AP复合材料。将aCN/AP分散于邻苯二胺水溶液中，使其与间苯三甲酰氯油相在CNT中间层表面发生界面聚合反应，生成聚酰胺分离层，从而获得具有三层结构的复合正渗透膜。以1M氯化钠溶液为汲取液，去离子水为原液，TFN-CNT6-aCN/AP0.5正渗透膜的水通量达到67.0L·m-2·h-1，反向盐通量低于3.0g·m-2·h-1。以牛血清蛋白和腐殖酸为模型污染物，进行污染性能测试，复合正渗透膜展现了良好的抗污染的能力，在进行连续24h的污染实验后，TFN-CNT6-aCN/AP0.5正渗透膜对牛血清蛋白和腐殖酸的污染恢复率分别达到61.7％和80.7％。此外，复合正渗透膜对革兰氏阴性的大肠杆菌和革兰氏阳性的金黄葡萄球菌，均表现出优异的抑菌性能，抑菌率分别达到99.0％和92.0％。
在用正渗透处理实际废水过程中，无机结垢会使得正渗透膜水通量下降，并缩短正渗透膜的使用寿命。本研究将正渗透应用于页岩气废水处理，分别进行了模拟页岩气废水和实际页岩气废水的正渗透处理实验，并系统研究了反向盐扩散对膜面无机结垢的影响。选取氯化钠、硫酸钠、硫酸铵为汲取液，探究了不同温度、流速、膜面朝向等操作条件下正渗透膜表面硫酸钙结垢的影响，从而确定了最优的操作条件。在最优工况条件下研究反向盐扩散对硫酸钡结垢以及硫酸钡结垢、硫酸钙结垢共存时的影响。并用正渗透对实际页岩气废水进行了处理，分析了真实膜过程中的无机结垢情况，为页岩气废水的正渗透处理和资源化利用提供了理论和技术支持。
综上所述，本文从正渗透膜的瓶颈问题出发，制备了具有高选择渗透性和优异抑菌抗污染能力的三层结构复合正渗透膜。并将正渗透技术用于页岩气废水处理，考察了处理过程中的无机结垢现象，揭示了反向盐扩散对正渗透膜结垢的影响，为正渗透膜的开发和应用提供了新的思路，推动了膜分离和膜法水处理技术的发展。
将多巴胺(DA)修饰的碳纳米管分散液，通过抽滤沉积在聚醚砜(PES)超滤支撑层上，构筑正渗透膜的中间层结构。对石墨相氮化碳(gCN)进行酸化，制备得到具有优异分散性、尺寸更小的酸化石墨相氮化碳(aCN)。进一步采用共沉淀法，在aCN表面生成磷酸银(AP)颗粒，从而获得具有抑菌性能的aCN/AP复合材料。将aCN/AP分散于邻苯二胺水溶液中，使其与间苯三甲酰氯油相在CNT中间层表面发生界面聚合反应，生成聚酰胺分离层，从而获得具有三层结构的复合正渗透膜。以1M氯化钠溶液为汲取液，去离子水为原液，TFN-CNT6-aCN/AP0.5正渗透膜的水通量达到67.0L·m-2·h-1，反向盐通量低于3.0g·m-2·h-1。以牛血清蛋白和腐殖酸为模型污染物，进行污染性能测试，复合正渗透膜展现了良好的抗污染的能力，在进行连续24h的污染实验后，TFN-CNT6-aCN/AP0.5正渗透膜对牛血清蛋白和腐殖酸的污染恢复率分别达到61.7％和80.7％。此外，复合正渗透膜对革兰氏阴性的大肠杆菌和革兰氏阳性的金黄葡萄球菌，均表现出优异的抑菌性能，抑菌率分别达到99.0％和92.0％。
在用正渗透处理实际废水过程中，无机结垢会使得正渗透膜水通量下降，并缩短正渗透膜的使用寿命。本研究将正渗透应用于页岩气废水处理，分别进行了模拟页岩气废水和实际页岩气废水的正渗透处理实验，并系统研究了反向盐扩散对膜面无机结垢的影响。选取氯化钠、硫酸钠、硫酸铵为汲取液，探究了不同温度、流速、膜面朝向等操作条件下正渗透膜表面硫酸钙结垢的影响，从而确定了最优的操作条件。在最优工况条件下研究反向盐扩散对硫酸钡结垢以及硫酸钡结垢、硫酸钙结垢共存时的影响。并用正渗透对实际页岩气废水进行了处理，分析了真实膜过程中的无机结垢情况，为页岩气废水的正渗透处理和资源化利用提供了理论和技术支持。
综上所述，本文从正渗透膜的瓶颈问题出发，制备了具有高选择渗透性和优异抑菌抗污染能力的三层结构复合正渗透膜。并将正渗透技术用于页岩气废水处理，考察了处理过程中的无机结垢现象，揭示了反向盐扩散对正渗透膜结垢的影响，为正渗透膜的开发和应用提供了新的思路，推动了膜分离和膜法水处理技术的发展。