臭氧催化功能陶瓷分離膜的制備及其水處理性能.pdf

1、陶瓷膜分離技術(shù)在水處理過程中的應(yīng)用得到了越來越多的重視，然而其功能單一、濃縮液二次污染以及膜污染等問題制約了陶瓷膜分離技術(shù)的廣泛應(yīng)用。催化臭氧氧化技術(shù)可以有效分解和礦化水體中的有機(jī)污染物，但其應(yīng)用過程中卻面臨催化劑流失嚴(yán)重以及回收困難的問題。通過將臭氧催化劑負(fù)載于陶瓷膜上，制備臭氧催化膜，有望實(shí)現(xiàn)催化臭氧氧化和陶瓷膜分離的多功能作用，從而在提高污染物去除率、緩解濃縮液二次污染以及減輕膜污染的方面起到一定作用，同時解決催化臭氧氧化技術(shù)中催

2、化劑流失和回收的問題。
　　本論文將催化臭氧化技術(shù)與陶瓷膜分離技術(shù)進(jìn)行耦合，開發(fā)了兩種具有不同結(jié)構(gòu)的催化陶瓷超濾膜，用于催化臭氧氧化-陶瓷膜分離耦合工藝，同時進(jìn)行了相關(guān)的中試試驗(yàn)研究。主要研究內(nèi)容如下:
　　采用溶膠凝膠法制備了催化層、分離層一體的Ce-Ti復(fù)合催化超濾膜，通過調(diào)控Ce-Ti溶膠的配比、粘度以及涂覆次數(shù)實(shí)現(xiàn)Ce-Ti復(fù)合催化超濾膜的可控制備。對模擬微污染地表水的處理結(jié)果表明，Ce-Ti復(fù)合催化膜在有機(jī)物去除方

3、面具有催化臭氧氧化和陶瓷膜分離的耦合協(xié)同效應(yīng)，對于四環(huán)素和腐植酸濃度分別為5 mg/L和10 mg/L的模擬地表水，在臭氧劑量為2.5 mg/L時，四環(huán)素和腐植酸的去除率分別可以達(dá)到80％和72％，比單獨(dú)臭氧氧化過程和膜分離過程的簡單加和分別提高了36％和17％，其主要機(jī)理在于Ce-Ti催化劑增強(qiáng)了反應(yīng)過程中羥基自由基的產(chǎn)生，從而促進(jìn)了水體中有機(jī)物的分解。
　　采用真空浸漬法制備了介孔Ti-Mn催化劑修飾的多級孔結(jié)構(gòu)催化膜。Ti-

4、Mn催化層的孔結(jié)構(gòu)、催化劑負(fù)載量以及比表面積分別通過造孔劑的添加量、溶膠粘度以及溶膠顆粒尺寸等因素進(jìn)行調(diào)節(jié)。對多級孔結(jié)構(gòu)催化膜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，結(jié)果表明多級孔結(jié)構(gòu)催化陶瓷超濾膜的膜面孔結(jié)構(gòu)是由TiO2納米棒組裝的骨架結(jié)構(gòu)和Ti-Mn催化劑的二級介孔結(jié)構(gòu)共同組成的，而且由于壓力的驅(qū)動，Ti-Mn溶膠充分滲入了支撐層的內(nèi)部孔道，從而使膜的支撐層也負(fù)載了Ti-Mn催化劑，提高了催化劑的負(fù)載量。對模擬染料廢水的處理結(jié)果表明，以多級孔結(jié)構(gòu)催化膜為分

5、離單元的臭氧-膜耦合工藝對于廢水的脫色和污染物去除均有良好的效果，在中性條件下，對于入水CODCr為195.3 mg/L的模擬染料廢水，其色度和CODCr的去除率分別達(dá)到100％和74.3％，同時在連續(xù)運(yùn)行過程中，其通量比相同運(yùn)行條件下未負(fù)載催化劑陶瓷膜的通量有明顯提高，說明多級孔結(jié)構(gòu)催化膜為分離單元的臭氧-膜耦合工藝具有一定的抗污染性能。通過對比分析可以看出在以多級孔結(jié)構(gòu)催化膜為主體單元的臭氧-膜耦合工藝中，實(shí)現(xiàn)了催化臭氧氧化和陶瓷膜

6、分離過程的有效耦合，在去除有機(jī)污染物、緩解膜污染等方面產(chǎn)生了良好的協(xié)同效果。
　　同時，設(shè)計和制造了日處理量為50t的臭氧-膜耦合中試試驗(yàn)裝置，并以Ce-Ti復(fù)合催化陶瓷超濾膜以及多孔Ti-Mn催化劑修飾的陶瓷微濾膜為主要單元，針對大連市凌水水庫微污染地表水進(jìn)行了的中試研究。結(jié)果表明，Ce-Ti復(fù)合催化膜與臭氧耦合工藝可以提高水體中UV254和CODMn的去除率，同時對于水體中的細(xì)菌有良好的殺滅效果，出水濁度也遠(yuǎn)低于飲用水標(biāo)準(zhǔn);此

7、外，膜面污染現(xiàn)象也有一定緩解，膜通量穩(wěn)定，反洗效果良好。對于多孔Ti-Mn催化劑修飾的陶瓷微濾膜與臭氧耦合工藝，對比分析催化劑負(fù)載前后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)催化劑負(fù)載后，催化臭氧氧化作用明顯增強(qiáng)，顯著提高了水中UV254和CODMn的去除率，促進(jìn)了有機(jī)污染物的分解，同時出水總菌數(shù)和濁度都得到了有效的控制;此外，運(yùn)行過程的膜通量也有明顯提高，并延長了膜的反洗間隔時間，起到了改善膜面污染的作用。
　　綜上所述，本研究中所制備的兩種不同結(jié)構(gòu)的