電催化耦合膜分離處理高鹽有機廢水研究.pdf

1、膜分離技術已廣泛應用于海水淡化、食品工業(yè)用水純化、醫(yī)藥化工生產等諸多領域，而近年來在污水處理領域，膜分離也顯現(xiàn)出獨特的技術優(yōu)勢和廣闊的應用前景。但膜分離技術在廢水處理過程中，會因污染物（有機物、顆粒物和藻類等）在膜表面的附著和膜孔內的堵塞而產生膜污染現(xiàn)象，導致膜通量衰減，進而縮短膜的使用壽命。目前常用的緩解膜污染的方法分為物理清洗和化學清洗兩類，但這些方法均存在耗能大、成本高和膜設備停用時間長等問題，有必要開發(fā)更節(jié)能、高效和易于操作的膜

2、污染抑制新技術。電催化能有效降解染料、苯類、農藥等有機物，使其降解為小分子有機物或完全氧化為CO2和水。本文將膜分離和電催化二者結合起來，緩解膜污染現(xiàn)象同時使有機物和鹽實現(xiàn)有效分離，還能夠濃縮、回收染料。
　　本文選取了析氧過電位最高的二氧化錫作為基礎電催化材料，對之進行銻、鉍、鈰等稀土元素的摻雜改性以提高其電催化性能，將改性二氧化錫通過溶膠凝膠法在Al2O3膜基材上制備出電催化陶瓷分離膜。并以該膜材料處理高鹽有機廢水的實驗探究電

3、膜耦合抑制膜污染的機制。
　　本文制備了兩種材料構成不同的復合陶瓷膜。其一為Sb-Bi-SnO2/Al2O3復合陶瓷超濾膜，其采用溶膠凝膠技術，以氯化亞錫作為前驅體，平板Al2O3膜作支撐體制備而成。通過掃描電鏡(SEM)，能量色散X射線儀(EDX)，X射線衍射(XRD)與紅外光譜(FTIR)對膜表面進行表征分析，結果表明，Bi元素成功摻雜到Sb-SnO2里，但沒有進入SnO2晶格，而是已BiClO形式存在SnO2表面。Bi元素的

4、摻雜抑制了二氧化錫晶粒的增長，促進了SnO2向金紅石相轉變。SnO2的平均粒徑為9.3nm，復合膜表面均勻平整，平均孔徑3nm。
　　實驗對高鹽直接橙S染料廢水的處理結果表明，廢水初始濃度、鹽含量、電壓強度，跨膜壓差等工藝參數對該陶瓷膜分離性能有顯著影響。在電壓值1.0 V、跨膜壓差0.4 Mpa、NaCl質量分數20％、直接橙S初始濃度40 mg/L、pH值為5條件下，電催化效果最好。此時該板式復合陶瓷超濾膜對直接橙S的截留率高

5、達99％，廢水脫色率接近100％，染料濃縮效果好;對單價無機鹽NaCl的截留率低于1％，有效實現(xiàn)了染料和無機鹽的分離。電催化耦合膜分離處理直接橙S染料廢水，相比單一膜分離膜通量提高110％。
　　通過掃描電鏡(SEM)、能量色散X射線儀(EDX)，X射線衍射(XRD)、紫外可見漫反射吸收光譜(UV-Vis DRS)與TOC對緩解膜污染機理進行分析，電膜耦合一體化有效抑制了濃差極化現(xiàn)象，通過減少膜表面及膜孔內的有機污染物實現(xiàn)了膜污染

6、的緩解甚至消除。
　　其二是Sb-Ce-SnO2/4A分子篩/Al2O3復合陶瓷納濾膜。其采用溶膠凝膠法與刮擦晶種料漿法，以氯化亞錫作為前驅體，平板Al2O3膜作支撐體制備而成。通過掃描電鏡(SEM)，能量色散X射線儀(EDX)與X射線衍射(XRD)對膜表面進行表征分析，結果表明，Ce元素成功摻雜到Sb-SnO2里，摻雜摩爾比1％(Sb∶Ce∶Sn=10∶1∶100)時，結燒效果最好，制備的復合陶瓷膜表面平整光滑，沒有龜裂。Ce元

7、素的摻雜抑制了二氧化錫晶粒的增長，促進了SnO2向金紅石相轉變。SnO2的平均粒徑為14.2 nm，膜面平均孔徑2nm。
　　以含鹽直接橙S為目標污染物，對該陶瓷膜的分離性能進行了研究。染料初始濃度、廢水pH、跨膜壓差及電壓強度等參數對膜分離性能影響顯著。電壓、跨膜壓差等工藝參數對復合陶瓷膜處理染料廢水的性能影響較大。在電壓值1.4 V、跨膜壓差0.7 Mpa、NaCl質量分數10％、直接橙S初始濃度20 mg/L、pH值為5條件

8、下，該板式復合陶瓷納濾膜對直接橙S的截留率高達99％，廢水脫色率接近100％，染料濃縮效果好。對單價無機鹽NaCl的截留率低于2％，有效實現(xiàn)了染料和無機鹽的分離。電催化耦合膜分離處理直接橙S染料廢水，相比單一膜分離膜通量提高100％。
　　通過掃描電鏡(SEM)、能量色散X射線儀(EDX)，X射線衍射(XRD)、紫外可見漫反射吸收光譜(UV-Vis DRS)與TOC對緩解膜污染機理進行分析，電膜耦合一體化有效抑制了濃差極化現(xiàn)象，在