α-Al2O3/CoFe2O4复合陶瓷膜的制备及催化分离甲基蓝和布洛芬的性能研究

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无机陶瓷膜具有机械强度高、耐物理化学腐蚀性好、使用寿命长等优点,在水处理领域中具有很好的应用前景;然而,在使用中存在膜污染、仅具备分离功能和能耗高等问题。针对这些问题,本研究中制备了一种可在重力驱动下进行膜分离且具备催化分离功能的α-Al2O3/CoFe2O4复合陶瓷膜,具体研究内容包括利用湿法纺丝-相转化法和浸渍-涂覆法分别制备了载体陶瓷膜和复合陶瓷膜,并对其进行了相应的表征;此外,选择甲基蓝和布洛芬作为模拟污染物,探究了复合陶瓷膜与硫酸自由基高级氧化技术结合构成的复合陶瓷膜耦合技术在水处理中的催化分离性能,以探究其应用优势。获得的主要结果和结论如下:1、膜制备与表征。载体陶瓷膜的结构随湿法纺丝参数空气间距和氮气压力增加,海绵层变薄而平均孔径增大;XRD结果表明300oC、400 oC和500 oC煅烧温度下CoFe2O4均可成相;对复合陶瓷膜,最佳制备条件为浸渍时间15s、涂覆次数2次,催化剂负载量为0.86±0.04mg/cm,且改性后膜表面等电点、水接触角和表面羟基浓度等物理化学性质发生改变,表明膜表面物质组成发生改变;借助SEM-EDX、FTIR、TEM和XPS表征,可得出改性后膜表面成功负载有CoFe2O4催化剂,负载形式为以纳米涂层形式均匀分布于陶瓷颗粒表面;2、去除甲基蓝与布洛芬性能研究。对于浓度25mg/L的甲基蓝污染物,复合陶瓷膜耦合技术具有最佳的性能(>90%);影响因素结果表明:a、300oC煅烧的复合陶瓷膜具有最佳的性能;b、随水位高度降低去除率增加、膜污染减缓,且渗透液中甲基蓝残留比例与水位高度之间存在指数递增关系;c、合理增加PMS用量和初始pH值可以促进复合陶瓷膜去除甲基蓝,但pH低于复合陶瓷膜等电点时膜污染较重,且不同初始pH值下钴离子溶出量均低于450μg/L。此外,复合陶瓷膜具有很好循环稳定性,循环4次后去除率和标准通量值仍可保持在91.2%和0.89。且对于10μmol/L的布洛芬污染物,其去除率大于99.5%,并表现出了很好的抗污染性能;3、去除甲基蓝机制研究。对照实验结果表明复合陶瓷膜耦合技术去除甲基蓝的机制存在吸附、催化降解及分离;借助膜吸附甲基蓝时膜表面流动电势测试,可知复合陶瓷膜吸附性能远优于载体陶瓷膜;借助自由基捕捉剂实验,可知发挥氧化降解污染物作用的主要自由基为SO4-.;综合以上结果,可知该复合陶瓷膜耦合技术在低浓度有机废水深度净化领域具有很好的应用前景。
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