用于水体净化和脱盐的磷酸化ZrxSi1-xO2/Al2O3基ZrxSi1-xO2-RNH3+Cl-自组装膜的研究

来源 :天津大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hrz2009
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传统聚合物分离膜具有亲水性较弱、耐污染和抗压实性能较差、成本较高、没有选择性吸附且不能回收利用等缺点,这限制了该膜技术的更广泛应用。为了研究和开发产水量大、分离性能好、孔隙率高、成本较低、具有选择性吸附且能回收利用的膜技术,本论文对自组装膜技术作了进一步研究,在磷酸化ZrxSi1-xO2/Al2O3的基础上合成了ZrxSi1-x-x O2-RNH3+Cl-功能材料,并通过流体的调控和氢键的诱导,形成对含油海水同时具有深度净化和部分脱盐的磷酸化ZrxSi1-xO2/Al2O3基ZrxSi1-x-x O2-RNH3+Cl-自组装膜,研究了自组装膜的最佳形成工艺,并对该膜处理含油海水的规律进行了探究。本论文通过共水解、硅烷化、氨基化制备了ZrxSi1-x-x O2-RNH3+Cl-功能材料;通过控制溶胶凝胶过程的陈化时间,合成了不同粒径的磷酸化ZrxSi1-x-x O2/Al2O3,同时对在最优条件下制备的材料进行了SEM、FT-IR和XRD表征。结果表明:ZrxSi1-xO2-RNH3+Cl-粒径主要分布在1.5-2.0μm,具有较好的球形结构;不同粒径(0.5-0.6、1.5-2.0和5-5.5μm)的磷酸化ZrxSi1-xO2/Al2O3表面粗糙,且球形度良好。通过层层自组装,先在多孔支撑体上用硅藻土形成支撑层,然后再分别形成磷酸化ZrxSi1-x-x O2/Al2O3和ZrxSi1-xO2-RNH3+Cl-功能层,从而形成对水体净化和部分脱盐的磷酸化ZrxSi1-x-x O2/Al2O3基ZrxSi1-xO2-RNH3+Cl-自组装膜。本论文研究了自组装膜形成的最佳工艺条件,包括成膜压力、成膜流速、流体流动型态以及流场分布等;研究了不同粒径的磷酸化ZrxSi1-xO2/Al2O3对自组装膜孔隙率和孔径的影响规律;将最佳工艺条件下形成的自组装膜用于含油海水的净化和部分脱盐,并考察了功能材料粒径对出水水质的影响;本论文还对该自组装膜的循环使用进行了考察。结果表明:该自组装膜成膜均匀,膜厚为3.03 mm,孔隙率为65.0%,平均孔径为98.4 nm;ZrxSi1-xO2/Al2O3的粒径会影响自组装膜的孔隙率和孔径,进而影响出水水质;该自组装膜不仅能深度净化含油海水,还能部分脱盐,脱盐率为27.7%,使出水水质达到回用、排放和反渗透膜进水要求,且反渗透过程的能耗由537.23 W降低到470.08 W(节约12.5%);此外,该膜材料使用后通过煅烧可以再生,并仍能净化含油海水。因此,自组装膜技术具有广阔的应用前景,为膜技术的发展提供了有力的技术支撑。
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