用于焦化污水处理超滤膜制备及其应用研究

【摘要】：聚偏氟乙烯（PVDF）是一种具有优良的化学稳定性和热稳定性、机械强度高、价格便宜的制膜高分子材料。本文研究以PVDF为原料制备应用于焦化污水处理的分离膜。通过正交实验确定基膜制备最佳条件，后通过单因素实验确定致孔剂的用量。应用涂覆改性和共混改性方法对PVDF基膜进行改性处理，考察改性膜对焦化污水的处理效果。 首先，PVDF基膜制备应用正交实验法确定制膜最佳条件。确定的制膜最佳条件为：15%PVDF/2.4%PVP/1.6%LiCl/81%DMAc在75℃下搅拌反应，凝固浴温度为35℃，此时膜纯水通量为383.75L/m2·h，COD截留率为77.3%，孔隙率为84.0%，接触角为66.1°。 然后，选择纳米TiO2涂覆改性PVDF膜，考察涂覆浓度和时间对改性效果的影响。实验结果表明，当TiO2浓度（质量浓度）为0.5%，涂覆时间为18h时膜性能最佳。此时膜的纯水通量为316.43L/m2·h，COD截留率为80.62%，孔隙率为81.34%，表面接触角为41.25°。可见改性后膜保持了较高的纯水通量且表面亲水性也有所改善。 之后，选择纳米TiO2和经过PEG修饰的纳米TiO2共混改性PVDF膜。由纳米TiO2共混改性实验发现，当纳米TiO2的共混浓度为0.4%时膜性质相对较好，此时膜纯水通量为225.27L/m2·h，COD截留率为71.54%，孔隙率为83.50%，接触角为57.75°。PEG-TiO2共混改性时，修饰剂PEG的添加量为0.12%时，膜的性质最佳，此时纯水通量为308.48L/m2·h，COD截留率为79.19%，膜孔隙率为86.78%，表面接触角为54.20°。由此可见膜表面亲水性得到了改善，使膜抗污染能力增强。 最后，应用改性膜对高浓度焦化污水COD进行脱除实验，经测试发现，PEG-TiO2共混膜具有较高的COD截留率、纯水通量恢复率，可进一步研究该膜应用于焦化污水预处理段除油过程。该膜的纯水通量为308.48L/m2·h，在处理COD值为5125.40mg/L的高浓度焦化污水时，COD截留率为82.86%，污水通量基本稳定在151.94L/m2·h左右，纯水通量恢复率可达到87.81%。由此可知，PEG-TiO2共混膜对高浓度焦化污水处理效果明显，且抗污染性强，重复利用率高。 综合本次研究实验结果可知，PEG-TiO2共混改性PVDF膜较适合处理焦化污水，可进一步研究其焦化污水工业应用。 【关键词】：焦化污水 油水分离膜 通量恢复率 抗污染性
【学位授予单位】：武汉科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X784;TQ051.893
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 前言11-26
• 1.1 焦化污水概况11-12
• 1.2 焦化污水处理12-16
• 1.2.1 焦化污水处理工艺12-15
• 1.2.2 焦化污水预处理15-16
• 1.3 油水分离膜16-23
• 1.3.1 油水分离膜概况16
• 1.3.2 成膜机理16-18
• 1.3.3 成膜过程的影响因素18-19
• 1.3.4 膜结构与性质19-20
• 1.3.5 膜污染20-21
• 1.3.6 膜改性21-22
• 1.3.7 无机纳米粒子对 PVDF 膜的改性22-23
• 1.4 膜技术的发展23-24
• 1.5 课题研究24-26
• 第2章 聚偏氟乙烯基膜制备26-39
• 2.1 基膜制备实验26-28
• 2.2 基膜表征28-30
• 2.2.1 接触角及孔隙率测试28-29
• 2.2.2 表面和断面结构29
• 2.2.3 纯水通量及 COD 截留率29-30
• 2.3 结果与讨论30-38
• 2.3.1 接触角及孔隙率结果分析30-31
• 2.3.2 膜结构分析31-33
• 2.3.3 膜纯水通量及 COD 截留率测试结果分析33-36
• 2.3.4 添加剂含量的确定36-38
• 2.4 本章小结38-39
• 第3章 纳米 TiO_2改性 PVDF 膜39-55
• 3.1 纳米 TiO_2涂覆改性实验39
• 3.2 共混改性 PVDF 膜实验39-41
• 3.2.1 纳米 TiO_2共混改性实验39-40
• 3.2.2 PEG-TiO_2共混改性实验40-41
• 3.3 改性膜的表征41-42
• 3.3.1 涂覆改性膜 XRD 分析41
• 3.3.2 膜表面和断面结构41
• 3.3.3 孔隙率和接触角测试41
• 3.3.4 纯水通量和 COD 截留率测试41
• 3.3.5 共混改性膜傅里叶红外分析41-42
• 3.4 结果与讨论42-54
• 3.4.1 纳米 TiO_2对 PVDF 膜的涂覆改性42-47
• 3.4.2 纳米 TiO_2对 PVDF 膜的共混改性47-50
• 3.4.3 PEG-TiO_2对 PVDF 膜的共混改性50-54
• 3.5 本章小结54-55
• 第4章 高浓度焦化污水 COD 脱除实验研究55-59
• 4.1 污水过滤实验55
• 4.2 膜的清洗与检测55
• 4.3 结果与讨论55-58
• 4.3.1 通量衰减变化55-57
• 4.3.2 膜 COD 截留率及纯水通量恢复情况57-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第5章 结论与展望59-61
• 5.1 结论59-60
• 5.2 展望60-61
• 参考文献61-66
• 附录 1 攻读硕士学位期间发表的论文66-67
• 附录 2 攻读硕士学位期间参加的科研项目67

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