BDD/Ti复合膜组件自清洁机理研究

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含油废水是水体的一类重要污染源。膜分离技术操作压力低、无相变、能耗少、适用范围广、分离效率高,是处理含油废水的一种理想手段。但膜污染制约了膜分离技术广泛应用。在水处理过程中,水中的污染物不断地附着在膜表面和孔洞中使膜阻力增加,膜通量降低,严重影响了污水处理的效率。为提高传统膜材料的抗污染能力,本文将膜分离技术与电化学技术相耦合,采用热丝化学气相沉积法(HFCVD)对传统金属钛膜材料进行了表面改性处理,制备了新型掺硼金刚石复合多孔钛膜(BDD/Ti)材料。利用电化学工作站对BDD/Ti的电化学特性进行了分析。自行设计了电化学膜组件,以模拟含油废水为处理对象,比较了分离膜改性前后对污水的处理效果,同时分析了操作参数和料液浓度对组件膜通量和分离效果的影响,结果表明在电化学膜组件工作模式下,这种新型金刚石复合膜具有一定的自清洁能力,膜抗污染能力得到提高,延长了其使用寿命,同时强化了膜分离过程。应用实验室HFCVD设备,以固体B2O3为硼源,氢气流量240sccm,碳源流量70sccm,反应室气压3.5-4KPa,衬底温度800℃,生长6小时后在多孔钛衬底上沉积了BDD薄膜。为防止复合膜材料发生变形和裂纹,衬底预先在723K温度下进行退火10分钟,同时制备完成后延长衬底冷却时间至5小时,使薄膜内应力缓慢释放。应用循环伏安法对制备出的BDD/Ti复合膜进行扫描,其具有接近4V的电势窗口,对料液中的油滴既可以直接氧化又可通过产生强氧化性的·OH实现间接氧化。利用自制膜组件对含油废水进行处理,实验结果表明电催化效应有效抑制了凝胶层的生长,相对膜通量维持在74%以上,COD去除率达到73.2%,远高于普通钛膜和无电催化效应的复合膜。操作参数对组件性能的影响十分重要。由于副反应的存在电催化电压对膜通量和COD去除率的影响并不十分明显。当操作压力上升时,初始阶段膜通量有较大提升,但随后开始快速下降,最后当膜污染与电催化效应平衡时,通量达到稳定值;而COD去除率随压力的增加呈现先降后升的趋势。过高的料液浓度会抑制膜的自清洁效果,膜通量随浓度上升而呈下降趋势。
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