醋酸纤维素膜制备与去除污染物的进展,本文是污染方面函授毕业论文范文和醋酸纤维素和去除和污染物有关毕业论文格式范文.
污染论文参考文献：
张海丁,夏圣骥
（同济大学环境科学与工程学院,上海200092）
摘 要：以醋酸纤维素为原料采用相转化法制备的正渗透膜已经成为当今水处理领域的研究热点.正渗透技术相比于反渗透具有低污染、低能耗的特点,同时解决膜处理的污染和能源问题.醋酸纤维素膜一直以来被应用于正渗透技术,其对污染物的去除也取得了一定的效果,并已在一些水处理领域得到了应用.醋酸纤维素正渗透膜也有其缺点,内浓差极化和膜污染两大问题都是导致水通量降低的主要原因,也是目前正渗透膜需要解决的热点问题.
关键词：醋酸纤维素；正渗透；污染物；研究进展
中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）15-0044-02
一、引言
随着社会经济的发展和全世界人口的增长,水资源匮乏和水质恶化已经愈来愈严重地制约着社会的可持续发展,并威胁到人类的生存和世界的和平[1].如何低成本实现水净化已经成为水处理科学家们关注的重点问题.反渗透已被广泛应用于水处理,但反渗透具有膜污染和能耗高的缺点,再这样的背景下正渗透便应运而生.正渗透技术是利用自然渗透压,使水分子从低渗透压的一侧向具有更高渗透压的另一侧渗透,然后将汲取液再生循环而获得淡水.因此正渗透是在常压下以膜两侧渗透压差为驱动力实现的膜分离过程.正渗透工艺的核心即正渗透膜,其性能优劣会直接关联整个水处理工艺.亲水性、稳定性及成膜性均优良的醋酸纤维素是制备正渗透膜的首选原料[2].
二、正渗透膜的特点及发展历程
作为新兴技术,正渗透水处理技术在获取能源和水资源两大领域都显示出了强大的应用潜力,同时它也可应用在药物稀释和浓缩,食物加工等领域.正渗透是利用高浓度的汲取液来产生高的渗透压,以汲取低浓度原溶液侧的水透过半渗透膜,然后再将被稀释的汲取液中的水进行分离,获得纯净的水.正渗透无需外加压力,所以相对于反渗透具有低污染、低能耗和高回收的优点.早期,人们发现动物膀胱、橡胶和硝化纤维等材料可以实现渗透的功能.20世纪60年代,Loeb首先采用了相转化法制备正渗透膜,但在将其应用于正渗透的过程中,因水通量极低而没有能够得到应用.后来,关于制备正渗透膜的研究甚少.21世纪后,由于节能减排以及海水资源综合利用备受重视,科学家们逐渐意识到在减压渗透发电和海水淡化等领域正渗透技术蕴藏着巨大的应用潜能.因此作为正渗透技术核心的正渗透膜成为研究热点并且使正渗透技术得到了飞速发展.具有优越性能的正渗透膜应具有以下特点：①薄且致密的皮层,只有水分子可以透过；②薄且孔隙率大的支撑层,最大程度地降低内部浓差极化以提高水通量；③皮层和支撑层应具有良好结合力、亲水性和化学稳定性等.为了提高正渗透膜的分离性能,研究者们不断寻找和改进正渗透膜制备方法,切实大幅提高正渗透膜的分离性能[3].
三、醋酸纤维素膜制备方法
膜有很多种制备方法,应用比较多的有相转化法和复合法.大多数的醋酸纤维素正渗透膜是以醋酸纤维作为浸涂聚合物,通过相转化法制备而成,具体制备过程如下：
1.相转化法.相转换法是醋酸纤维素正渗透膜最常用的方法.基本过程是将聚合物膜材料、容剂以及添加剂等混合搅拌成均匀地聚合物溶液,也就是铸膜液.让后将铸膜液在玻璃板上刮制成膜放入凝固浴中固化分层.铸膜液中浓度高的相固化形成多孔基体,而浓度低的相则导致孔的生成.通过调控相转化制膜工艺可以改变膜的结构形态,制备出单皮层或双皮层的膜,其中双皮层正渗透膜的成功制备可以使正渗透膜的性能得到极大的提高.在实验室中,相转化法制备醋酸纤维素膜的具体做法可以如下：把实验所用的醋酸纤维素（CA）和三醋酸纤维素（CTA）放在80℃电烘箱中干燥24小时以上,使CA和CTA所含有的水分完全蒸发.然后称取一定量的CA和CTA,加入到1,4-二氧六环,丙酮和甲醇的混合溶剂中,加入乳酸作为添加剂,在高温下加热搅拌使溶质完全溶解,静止24小时以上,以使铸膜液完全脱泡.室温的条件下在干净的玻璃板上刮膜,将支撑材料用透明胶平整地粘贴在玻璃板上.在恒定温度下将铸膜液倒在支撑材料上并用刮刀刮出一定厚度的膜.刮完后将膜在空气中让溶剂蒸发一定的时间,然后放在一定温度的去离子水中,使其凝胶得到正渗透膜.24小时以后,用80℃的去离子水处理得到的正渗透膜15分钟后,得到的正渗透膜即可放在去离子去中保存以待用[4].
2.复合法.复合法是把混合均匀的铸膜液,用涂布、浸渍、喷涂、轮涂、界面聚合等手段均匀涂在多空基膜上,然后再进行等离子聚合或界面聚合,使其形成薄膜层,从而得到复合膜.
四、醋酸纤维素膜对污染物的去除研究进展
一些正渗透在污水处理方面的应用技术已经得到研究,包括早起的对工业废水的处理,垃圾渗滤液的处理以及太空水回用技术.正渗透技术一般是作为一种在常规处理之前的高级预处理过程[5].早期,正渗透技术被应用于工业废水的处理,研究人员利用正渗透技术对含有低浓度重金属离子的工业废水进行浓缩,但是由于缺乏性能优越的正渗透膜,对工业废水处理的效果不令人满意.而在垃圾渗滤液处理方面,正渗透技术显现出巨大的应用潜力.在垃圾渗滤液中主要包括重金属、有机物、氮和总溶解性固体（TDS）等成分,而传统的活性污泥法对TDS的去除效果相对较差.1998年,Ootek公司建造了一个正渗透中试系统,用以测试正渗透技术对垃圾渗滤液浓缩效果,经过3个月的测试,正渗透技术对垃圾渗滤液的浓缩取得了令人满意的效果,该中试系统的水回收率高达94～96%,并且有效地截留了包括TDS在内的几乎所有的污染物质.
五、醋酸纤维素正渗透膜面临的挑战
1.正渗透过程的浓差极化现象.在醋酸纤维素膜应用的过程中,发现膜两侧实际的渗透压差要远小于两边主体溶液的渗透压差,这就导致了实际的水通量要比预期的水通量小得多.由于膜的两侧均与溶液接触,所以在正渗透过程中会发生内浓差极化和外浓差极化两种浓差极化现象.一般来说,外浓差极化发生在膜的致密层表面,而发生在膜的多孔支撑层内部的是内浓差极化,内浓差极化在影响正渗透通量中占主要作用.①外浓差极化.醋酸纤维素正渗透膜的应用过程中,在压力差的推动作用下,原料液会经对流传递到膜的表面,部分溶质将会因被截留而聚积在膜表面附近,导致溶质在膜表面的浓度远高于其在主体溶液中的浓度的现象称为外浓差极化.在正渗透过程中,浓差极化同时存在于原料液和汲取液两侧.其中原料液一侧的浓差极化称为浓缩型的外浓差极化；而汲取液一侧被渗透过来的水不断稀释从而在一定程度上降低了膜表面的浓度和渗透压,被称为稀释型的外浓差极化.由于外浓差极化发生在正渗透膜表面,因此可以通过调节外部水力条件来改善或消除外浓差极化对水通量的影响,目前常见的减少外浓差极化影响的方法主要有提高膜表面的流速和扰动以及降低水通量等.外浓差极化并不是造成醋酸纤维素正渗透膜通量远低于预期值的主要原因.②内浓差极化.与外浓差极化相似,内浓差极化也分为浓缩型稀释型两大类.其中浓缩的内浓差极化的产生原因是多孔支撑层与原料液接触时,溶质会在支撑层孔内部得到积累,但是由于浓缩的内浓差极化是发生在膜孔内部,因此在这种情况下原料液的错流是不能降低该浓差极化的,而只能通过改善膜结构和性能来减缓.反之,多孔支撑层与汲取液接触时产生的膜孔内的浓差极化则称为稀释的内浓差极化.正渗透膜通量大幅下降的根本原因在于内浓差极化.
2.正渗透过程中的膜污染.膜污染是指被处理原料液中的微粒、胶体粒子和溶质分子由于与膜存在物理化学或机械作用而引起膜表面或膜孔内吸附、堵塞使膜产生透过通量与分离特性的不可逆变化的现象,浓差极化往往是形成膜污染的一个重要因素.正渗透过程中的膜污染可分为有机污染和无机污染.在研究正渗透过程中的有机和无机膜污染现象中发现正渗透过程中的膜污染具有以下特点：①有机污染和分子间附着力具有密不可分的关系,且膜污染清洗的关键因素在于污染物之间的相互作用；②化学物质和水力条件均会对正渗透污染的程度产生影响；③膜材料在膜污染过程中的作用是举足轻重的；④在发生有机污染和无机污染后,膜通量在经水洗涤后其值几乎可以完全恢复.因此,正渗透膜的膜污染与反渗透膜的膜污染是不同的,正渗透过程中的膜污染几乎是完全可逆的,而反渗透过程中的膜污染是不可逆的.
六、结语
阻碍正渗透膜技术广泛使用的两个主要因素是缺乏性能优越的正渗透膜以及能产生高渗透压又容易从产水中除去并循环利用的汲取液.但是,在近年来水资源和能源危机形式的逼迫下,正渗透技术因为其低能耗、优良脱盐性能、低膜污染和零排放等优势,又重新成为水处理研究领域的热点,已不仅仅局限于相转化法制备的醋酸纤维素正渗透膜,界面聚合法也可应用于正渗透膜的制备,正渗透膜的制备将会有更大的发展空间.并且研究者们也已经对正渗透膜的结构、传递机理和水通量低的原因进行了深入的研究,找出其中内浓差极化是导致水通量降低的根本原因.相信性能更好的正渗透膜也会在不久的将来问世,使正渗透膜技术得到更广泛的应用.
言而总之:上文是一篇关于污染方面的大学硕士和本科毕业论文以及醋酸纤维素和去除和污染物相关污染论文开题报告范文和职称论文写作参考文献资料.
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