超滤氧化锆复合膜制备及海水淡化预处理应用

论文摘要

良好的预处理是保证反渗透（RO）装置长期稳定运行的关键要素之一。与传统预处理技术相比,UF预处理能够有效降低海水的SDI、浊度等,为RO装置提供优良、稳定的进水,增强RO膜的可靠性。主要研究了超滤氧化锆复合膜的制备方法及在海水淡化预处理中的应用。通过改性溶胶-凝胶法成功制备了性能优异的ZrO2/Al2O3陶瓷超滤复合膜。系统地研究了水解促进剂、晶型稳定剂对溶胶稳定性及成膜性能的影响。并借助SEM、XRD及气体渗透等测试手段,对氧化锆超滤膜的表面形貌、晶型稳定性及气体在其中的渗透特性等进行表征和分析。结果表明,在所采用的锆溶胶体系中,以尿素为水解促进剂比较理想。氧化钇、氧化钙及氧化铈均能对氧化锆的晶相起到很好的稳定作用,氧化锆复合膜在800℃保持单一的四方相。所制氧化锆超滤膜表面完整、无裂纹缺陷、孔径分布窄、最可几孔径为25nm左右。采用溶胶凝胶法以氧氯化锆和硝酸钇为原料制备了钇稳定氧化锆粉体,并对产物的结构、物相组成及粒径进行了表征。以聚乙二醇为分散剂,将所制备的粉体超声分散后制备成稳定的悬浮液,通过浸浆成膜采用固态粒子烧结法制备管式ZrO2/Al2O3复合膜,所制的膜最可几孔径为42nm左右。采用自制氧化锆陶瓷超滤膜进行海水淡化预处理,不仅有效保证出水水质满足GB/T19249-2003反渗透膜进水要求,还可有效减缓膜污染,延长膜的使用寿命。试验研究表明,当操作压力为0.10.2MPa,进水温度为2025℃,进水流速为0.20.4m/s时超滤膜膜通量可以达到最佳值,为65L/m2·h,超滤出水浊度小于0.15NTU,SDI<2.5。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 无机膜
• 1.1.1 无机膜概述
• 1.1.2 无机膜在分离中的应用
• 1.2 氧化锆膜的特点及制备方法
• 1.2.1 氧化锆进行晶型稳定的必要性
• 1.2.2 氧化锆的晶型稳定方法及原理
• 1.2.3 氧化锆膜的特点
• 1.2.4 氧化锆膜的制备
• 1.2.5 溶胶凝胶法及粒子烧结法制备氧化锆复合膜的关键性因素
• 1.3 海水淡化及预处理
• 1.3.1 海水淡化的现状
• 1.3.2 反渗透海水淡化预处理
• 1.3.3 超滤海水淡化预处理
• 1.4 本研究的目的及内容
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 研究内容
• 2 溶胶凝胶法制备氧化锆超滤膜
• 2.1 试验试剂及仪器
• 2.1.1 试验试剂
• 2.1.2 试验仪器和设备
• 2.2 试验部分
• 2/Al₂O₃ 复合膜制备'>2.2.1 ZrO₂/Al₂O₃复合膜制备
• 2/Al₂O₃ 复合膜的表征'>2.2.2 ZrO₂/Al₂O₃复合膜的表征
• 2.3 试验结果与讨论
• 2.3.1 不同水解促进剂对溶胶的影响
• 2.3.2 涂膜液稳定性对膜的影响
• 2.3.3 不同水解促进剂对成膜性能的影响
• 2.3.4 涂膜时间对膜性能的影响
• 2.3.5 不同超声时间对溶胶制备及成膜性能的影响
• 2.3.6 不同稳定剂性能研究
• 2.3.7 氧化锆膜的孔径分布
• 2.3.8 氧化锆膜的气体渗透实验
• 2.4 本章小结
• 3 固态粒子烧结法制备氧化锆超滤膜
• 3.1 试验试剂及仪器
• 3.1.1 试验试剂
• 3.1.2 试验仪器和设备
• 3.2 试验部分
• 3.2.1 纳米氧化锆粉体制备
• 3.2.2 氧化锆粉体的分散
• 3.2.3 氧化锆涂膜液的制备
• 3.2.4 氧化锆膜的制备
• 3.2.5 样品的表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 氧化锆粉体
• 3.3.2 氧化锆悬浮液稳定性研究
• 2/Al₂O₃ 复合膜制备研究及性能表征'>3.3.3 ZrO₂/Al₂O₃复合膜制备研究及性能表征
• 3.4 本章小结
• 4 超滤海水预处理
• 4.1 试验与工艺流程
• 4.1.1 试验工艺流程图
• 4.1.2 试验进出水水质及分析方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 膜通量的影响因素
• 4.2.2 操作压力对预处理效果的影响
• 4.2.3 过滤时间对预处理效果的影响
• 4.2.4 膜反洗周期的确定
• 15)检测'>4.2.5 超滤出水污染指数(SDI₁₅)检测
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 导师简介
• 作者简介
• 学位论文数据集