膜分离技术具有分离效果好、操作简单、能耗低等优势,已在水处理领域得到了广泛应用。但是在运行过程中,膜污染问题及膜的选择性和透过性间的矛盾关系限制了膜分离技术的推广应用。针对上述问题,本论文设计出具有优异稳定性和导电性的碳纳米管/平板陶瓷膜,使用该膜与电化学水处理技术进行耦合,通过静电作用和电化学氧化等作用提高了膜的抗污染性能和分离性能,并基于该膜设计和制作了电辅助碳纳米管/平板陶瓷膜设备,考察了电辅助膜分离技术处理实际污水的性能。主要研究内容和结论如下:(1)采用多通道平板陶瓷膜作为基底,表面涂覆碳纳米管并使用聚乙烯醇和丁二酸使其交联稳定,制备了碳纳米管/平板陶瓷膜。对碳纳米管沉积量、交联时间和热处理温度等制备参数进行了优化,考察了所制备的碳纳米管/平板陶瓷膜的渗透性能和机械稳定性,结果表明:当碳纳米管沉积量为4 g/m~2、交联时间为20 min、热处理温度为250°C时,其纯水通量为468 L/(m~2·h·bar)、平均孔径为92 nm、电导率达到了764.8 S/m,表明该膜具有良好的渗透性和导电性。此外,碳纳米管/平板陶瓷膜的弹性模量和硬度分别为2.7±0.3 GPa和119±20 MPa;在机械清洗实验中未出现表面碳层脱落的现象,表明该条件下制备的碳纳米管/平板陶瓷膜表现出了良好的机械稳定性。(2)以腐殖酸为污染物,考察了电辅助碳纳米管/平板陶瓷膜的分离性能,并探究了操作压力、电极间距和施加槽电压对分离性能的影响。结果表明,随着操作压力的增加和电极间距的增大,膜通量下降速度随之加快。选取操作压力为0.2 bar、膜与电极间距为0.8 cm,运行120 min后,在2 V槽压辅助下,电辅助膜分离过程(膜为阴极)的通量比单独膜分离过程通量提高了49%,对腐殖酸的分离效果提高了9%;在3 V槽压辅助下,电辅助膜分离过程(膜为阳极)通量比单独膜分离过程的通量提高了45%,对腐殖酸的分离效果提高了22%。对分离机理进行分析发现,当膜上施加负偏压时,静电作用是分离性能提高的主要影响因素,当膜上施加正偏压并且大于腐殖酸的分解电压时,电化学氧化是分离性能提高的主要因素。(3)设计并组装了日处理量为1 t的电辅助碳纳米管/平板陶瓷膜过滤设备,以大连市某市政污水处理厂二级出水为目标水体,考察了电辅助碳纳米管/平板陶瓷膜工艺处理实际污水的性能。结果表明,在操作压力为0.2 bar、电极间距为0.8 cm、施加槽压为2 V并且膜作为阴极的条件下,与没有施加电压的膜分离过程相比,在20 h的分离过程中电辅助碳纳米管/平板陶瓷膜的产水量提高了21%,对TOC和浊度的去除率分别提高了11%和38%。此外,与单独的膜分离过程相比,电辅助碳纳米管/平板陶瓷膜工艺的能耗节省了约14%。综上所述,基于碳纳米管/平板陶瓷膜的电辅助膜分离有效地提高了膜的抗污染性能和出水水质,减缓了膜污染,在不牺牲膜的渗透性能的基础上实现了截留性能的提升,缓解了膜分离过程中选择性和透过性之间的矛盾,为膜分离技术在水处理中的应用提供了新的思路。