胶团强化超滤增溶截留水中苯酚的效能机理与应用研究

论文摘要

本论文针对胶团强化超滤技术增溶截留水中苯酚的效能机理及应用基础进行了研究。确定了以阳离子型表面活性剂十六烷基氯化吡啶为胶团生成源,采用卷式聚砜超滤膜进行超滤,系统研究了各控制参数对胶团强化超滤增溶截留苯酚效能的影响;对胶团强化超滤增溶截留苯酚的效能进行优化,减少渗透液中苯酚和十六烷基氯化吡啶（CPC）的浓度,提高二者的浓缩比;通过核磁共振氢谱,分析探讨苯酚在CPC胶团中的增溶机理和过程;使用化学沉淀法对截留液中苯酚和CPC的分离和回收进行了初步的研究。三种不同类型表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS）、十六烷基氯化吡啶（CPC）和辛基酚聚氧乙烯（9）醚（Tritonx-100）中只有CPC对于苯酚有明显的增溶效应,因此后续研究都以CPC为胶团生成源进行。超滤膜的操作方式是抑制浓差极化现象的关键,对超滤的效能有重要影响,应采取截留液回流的操作方式。采用两种聚砜卷式超滤膜P6（MWCO为6000Dalton）和P10（MWCO为10000Dalton）和阳离子表面活性剂十六烷基氯化吡啶（CPC）对苯酚进行胶团强化超滤,通过考察渗透通量、苯酚和CPC的截留和浓缩以及二者在膜上的吸附量的变化,研究了CPC和苯酚的浓度、超滤膜的截留分子量、截留液流量、膜操作压力、进料液温度和pH值对胶团强化超滤增溶截留苯酚效能的影响。为了提高CPC胶团强化超滤增溶截留苯酚的效能,添加SDS、Tritonx-100和电解质（NaCl、Na2SO4和Na2CO3）与CPC进行复配,发现只有电解质的效果较为理想,强弱顺序为Na2CO3>Na2SO4>NaCl。从表面张力、胶团粒径和zeta电位着手,研究了电解质对胶团自组装性能的影响,揭示了电解质增强CPC胶团强化超滤增溶截留水中苯酚效能的内在原因。通过核磁共振氢谱,研究了CPC胶团增溶苯酚的过程和机理,发现苯酚是依靠与CPC胶团离子基头上N+间的静电吸引吸附在胶团表面,以及疏水内核对苯基的疏水作用进行增溶,而且前者起主要作用,后者只是在苯酚浓度较大时有一定作用。而添加Na2CO3后会使吸附于胶团表面的苯酚根离子沿着CPC胶团的碳氢链向内核移动,但不会进入内核,只是比未添加Na2CO3时更靠近CPC疏水内核。采用化学沉淀法分离和回收截留液中的CPC和苯酚,分别针对无碳酸钠和有碳酸钠的情况进行了研究,发现分离和回收截留液中的CPC和苯酚效果不是非常理想,还需要寻找更为方便高效的方法。本论文的研究结果表明,采用CPC和卷式聚砜超滤膜的胶团强化超滤技术可以快速有效地增溶截留水中的苯酚,在添加碳酸钠的情况下,其效能能够得到极大提升,CPC和苯酚的截留率以及浓缩比得到明显提高。研究中采用纳米粒度zeta电位仪从胶团自组装效能的角度揭示了碳酸钠增强CPC胶团强化超滤增溶截留苯酚性能的原因;运用核磁共振氢谱,探讨分析了苯酚在CPC胶团中增溶的过程和机理。本论文针对胶团强化超滤增溶截留水中苯酚过程中的参数控制、工艺优化、CPC胶团增溶苯酚的过程及机理等关键问题进行了研究和探讨,为实现胶团强化超滤技术在含酚废水中处理中的应用和推广奠定基础,具有较好的理论意义和实际应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 含酚废水的来源与危害
• 1.2 含酚废水处理技术
• 1.2.1 传统处理技术
• 1.2.2 新型处理技术
• 1.3 超滤技术
• 1.3.1 膜分离方法及分类
• 1.3.2 超滤基本理论
• 1.3.2 超滤在废水处理中的应用
• 1.4 胶团强化超滤
• 1.4.1 基本原理
• 1.4.2 表面活性剂及其在MEUF 中的应用
• 1.4.3 超滤膜在MEUF 中的应用
• 1.4.4 MEUF 对有机物和金属离子的分离
• 1.4.5 MEUF 的过程控制
• 1.4.6 胶团强化超滤技术的前景与展望
• 1.5 本研究的目的和意义
• 1.6 本研究的内容和思路
• 第2章 基于不同类型表面活性剂的胶团强化超滤增溶截留苯酚
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验设计
• 2.2.2 实验材料和仪器
• 2.3 结果与分析
• 2.3.1 胶团的粒径
• 2.3.2 操作压力与渗透通量间的关系
• 2.3.3 表面活性剂浓度对胶团强化超滤增溶截留苯酚的影响
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于十六烷基氯化吡啶（CPC）的胶团强化超滤增溶截留苯酚的效能研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验设计
• 3.2.2 实验材料和仪器
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 CPC 浓度对胶团强化超滤增溶截留苯酚效能的影响
• 3.3.2 苯酚浓度对胶团强化超滤增溶截留苯酚效能的影响
• 3.3.3 截留液流量对胶团强化超滤增溶截留苯酚效能的影响
• 3.3.4 操作压力对胶团强化超滤增溶截留苯酚效能的影响
• 3.3.5 温度对胶团强化超滤增溶截留苯酚效能的影响
• 3.3.6 进料液pH 值对胶团强化超滤增溶截留苯酚效能的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于十六烷基氯化吡啶（CPC）的胶团强化超滤增溶截留苯酚的优化研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验设计
• 4.2.2 实验材料和仪器
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 不同途径增强CPC 胶团强化超滤增溶截留苯酚效能的比较
• 4.3.2 电解质对CPC 胶团自组装性能的影响
• 4.3.3 电解质对胶团强化超滤增溶截留苯酚效能的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 CPC 胶团增溶苯酚的过程及机理研究
• 5.1 前言
• 5.2 核磁共振波谱法
• 5.3 实验部分
• 5.3.1 实验设计
• 5.3.2 实验材料和仪器
• 5.4 结果与分析
• 5.4.1 苯酚在纯CPC 溶液中的增溶过程和机理
• 5.4.2 苯酚在CPC/电解质混合溶液中的增溶过程和机理
• 5.5 本章小结
• 第6章 化学沉淀法回收截留液中 CPC 的研究
• 6.1 前言
• 6.2 化学沉淀法回收截留液中CPC 的原理
• 6.3 实验部分
• 6.3.1 实验设计
• 6.3.2 实验材料和仪器
• 6.4 结果与分析
• 6.4.1 无碳酸钠时分离和回收截留液中CPC 和苯酚
• 6.4.2 碳酸钠存在时分离和回收截留液中CPC 和苯酚
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文
• 附录B 攻读学位期间参与的研究项目
• 附录C 攻读学位期间申请的国家发明专利