SDS强化超滤处理水中邻甲苯胺与三环唑的效能研究

来源 :西南交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xzh19870715
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由于农药及其原料化合物同时具有工业价值性和环境危害性,研究相应的污染控制技术来截留阻控其进入环境水体,并同时将其资源回收显得十分必要和有意义。胶团强化超滤(MEUF)技术利用表面活性剂在水溶液达到一定浓度后可自组装形成较大粒径的胶团从而能增溶和束缚小分子化合物的独特性质,使超滤膜能够对束缚于胶团的化合物实现截留去除,其兼有反渗透和纳滤的高截留性以及超滤的高渗透性优势。本研究选择近年常用的农药三环唑(TC)及其生产原料化合物邻甲苯胺(OT)为处理对象,采用聚醚砜中空纤维超滤膜进行过滤实验,考察了有关因素对以SDS(十二烷基硫酸钠)为胶团生成源对各污染物处理效能的影响,并开展了同时处理两污染物的效能优化实验以及建立了预测处理过程通量衰减变化的数学模型;分析探讨了SDS胶团对两污染物的增溶机理,最后考察了浓缩液SDS与污染物的分离回收效果。本研究以期为MEUF处理有机废水的实际应用奠定基础和提供有益参考。首先通过离心超滤预实验在SDS、CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)和TX-114(Triton X-114)三种表面活性剂中比选出SDS最适宜强化超滤处理邻甲苯胺/三环唑。通过考察各运行因素对SDS胶团强化超滤处理单一污染物各效能指标的影响,结果表明,表面活性剂用量浓度及污染物进料浓度确定过程中,污染物浓缩比及吸附率的变化相比其截留率变化能更好的反映胶团对污染物的束缚能力,从而便于确定相应的投配浓度。过量的表面活性剂用量对两有机污染物的截留率和浓缩比影响有限,但会进一步降低渗透通量。溶液p H值为6.2以下时邻甲苯胺基本能够被6 k Da超滤膜全部截留去除,三环唑去除效率在近中性溶液略优(91%)。钠盐化合物的存在可提高SDS截留率,但增加的SDS截留量主要吸附沉积于超滤膜面,Na2CO3会降低SDS强化超滤去除两污染物的效果。为考察各影响因素的交互作用以及优化SDS胶团强化超滤处理邻甲苯胺和三环唑共存体系的效能,通过RSM实验构建了预测两污染物处理效能指标的多项式回归模型,通过条件优化,邻甲苯胺和三环唑的最大去除率可分别高于99%和87%。采用非离子表面活性剂TX-114/TX-100与SDS复配可明显提高渗透通量,合适的复配浓度对三环唑去除效果有轻微的促进,但邻甲苯胺去除效率存在不同程度的降低。在优化p H值(p H4.7)溶液中,钠盐化合物的加入可提高SDS截留效果,增加的SDS截留量并未沉积吸附于膜面,两污染物的去除效果不受影响。为掌握胶团强化超滤运行过程中通量的衰减变化及膜污染情况,分别构建了通量随体积浓缩因子(VCF)变化的PLS(偏最小二乘法)模型、BPNN(BP神经网络)模型和PLS-BPNN(偏最小二乘法与BP神经网络)耦合模型,结果显示,BPNN对通量变化预测效果最佳,以SDS投加浓度、TMP和VCF为输入因子构建的“3-8-1”型网络预测通量的平均绝对百分比误差仅为3.11%,均方误差为0.67。采用动态光散射与核磁共振测试技术,分别从胶团“宏观”水平和表面活性剂分子微观水平探讨SDS胶团对两污染物的增溶机理,结果表明,邻甲苯胺可通过静电吸引作用降低SDS头基排斥力,增强胶团自组装性能。SDS胶团增溶邻两污染物后粒径变大。邻甲苯胺应该主要增溶于SDS胶团外壳区域,同时也有存在于胶团内核区域,但未进入甲基附近的内核区。三环唑主要增溶于SDS胶团内核区域,并且在靠近内亚甲基区域与甲基附近的内核最深处区域。邻甲苯胺和三环唑同时增溶于SDS胶团时主要增溶于SDS胶团内核区域,邻甲苯胺向β亚甲基和内亚甲基附近迁移。基于数学模型分析探讨了SDS胶团在优化酸性p H值条件下增溶邻甲苯胺和三环唑共存体系的类型及过程规律。增溶等温线模型分析表明两污染物增溶于SDS胶团以单分子层方式吸附/增溶于SDS胶团表面应比多分子层更具有优势。热力学分析表明增溶过程为自发进行的吸热反应。增溶邻甲苯胺和三环唑过程分别遵循伪二级和伪一级动力学。最后,考察了化学沉淀法和降温沉淀法对截留液SDS与有机污染物的分离回收效果。采用化学沉淀处理可得到SDS的最大回收效率约为80%,回收的SDS溶液含有原含量约10~30%的邻甲苯胺与三环唑。降温沉淀处理得到SDS的最大回收效率约为66%,但回收溶液邻甲苯胺和三环唑含量更低,分别为原含量的10%和5%。采用降温沉淀—化学沉淀联用处理截留液,SDS最大回收效率可提高至90%,该方法兼有降温沉淀法的分离纯度较高、不增加二次化学处理药剂和化学沉淀法高回收效率的优势。
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