氧化石墨烯复合膜在含油废水处理中的研究进展

氧化石墨烯（GO）膜在水处理方面有较好效果,但纯氧化石墨烯膜稳定性差,抗污性差,通量低,对于油水分离不能达到最优的分离效果。通过引入功能材料进行物理和化学方法改性后,氧化石墨烯修饰的复合膜和氧化石墨烯基复合膜,水通量、防污性能和油水分离效率得到有效提高。本文介绍了国内外具有代表性的氧化石墨烯复合膜在含油废水处理方面的研究,并简要探讨了复合膜去除含油废水的机理,此外对氧化石墨烯复合膜材料的发展前景进行总结和展望。     

抗盐聚合物含油污水沉降分离特性研究

大庆油田开发后期为了进一步提高聚驱后驱油效果并实现降本增效经济开发,利用含油污水再 配制注入聚合物母液进行污水的资源化再利用,在此过程中,为解决因含油污水中离子成分影响致使配制聚合 物母液黏损大的实际问题,进行了抗盐聚合物作为驱油剂的先导试验和推广应用,部分区块由于抗盐聚合物分子量和分子结构的差异,导致采出液及其脱出水的基本性质和沉降分离特性也发生了较大变化。文章通过对前期室内模拟配制抗盐聚合物含油污水,以及后期实施抗盐聚合物驱油先导试验实际采出的抗盐聚合物驱采出水,进行油水沉降分离特性的研究得出：抗盐聚合物对采出水的油水沉降分离影响较大,相比聚合物驱含油污水处理难度大,其沉降时间应大于720min,才能确保油水沉降分离后的水中含油量小于100mg/L。     

刻蚀/原位共沉改性PVDF超滤膜对地表水分离性的研究

为了改善PVDF膜对地表水的分离效果,以聚偏氟乙烯(PVDF)为聚合物、聚乙烯吡咯烷酮(PVP-K30)为致孔剂、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂配制铸膜液,通过相转化法制备了PVDF膜,借助DMAc对膜基质的刻蚀作用制备了PEM膜,通过原位共沉反应在PEM表面沉积Ag_2CO_3得到Ag_2CO_3@PVDFEtch复合膜(Ag C-PEM),并分析了其水接触角、纯水通量、BSA截留率等。使用扫描电镜(SEM)、三维荧光光谱(3-D EEM)考察了其微观结构以及对地表水的分离性效果;通过膜阻力计算、污染物静态吸附和修正污染指数(MFI)值测试,分析了膜的抗污染性能。结果表明,与PVDF膜相比,复合膜呈现出了较高的纯水通量、亲水性和分离性;在过滤地表水时,AgC-PEM通量恢复率达到近90%,显示出卓越的抗污染能力,从三维荧光光谱图看出,复合膜对地表水有良好的净化效果,而且出水COD和UV254达到自然水体一级排放标准。     

导电织物增强PVDF复合膜的制备与性能研究

为进一步提高PVDF平板膜的机械强度,赋予膜导电性能,采用浸没沉淀相转化法,分别选用由镀银涤纶纱线、涤纶不锈钢包芯纱和不锈钢纤维制成的导电织物为支撑体,制备了增强型导电PVDF平板复合膜。采用扫描电子显微镜观察和对复合膜的水通量、孔隙率、截留率、泡点孔径、极限应力、表面比电阻等测试,研究了不同导电纤维织物对复合膜形态和结构、渗透性能、力学性能及导电性能的影响。实验结果表明:涤纶不锈钢包芯纱与PVDF膜粘附较好,而镀银涤纶纱线和不锈钢纤维所制备织物与聚合物膜之间有明显的界面分离现象;涤纶不锈钢纱包芯纱织物复合膜孔隙率、水通量及泡点孔径较其他2种织物复合膜更大,而截留率较低;不锈钢纤维织物复合膜厚度最薄,但不锈钢纤维织物复合膜孔隙率、泡点孔径及水通量较小,而截留率较大;复合膜极限应力的大小顺序为涤纶镀银织物复合膜>涤纶不锈钢包芯织物复合膜>不锈钢织物复合膜,且复合膜的极限应力均高于纯PVDF膜;镀银涤纶纱线织物复合膜的导电性最好。总之,通过将PVDF与针织物进行复合制膜,不仅可提高膜的强度,还可赋予膜导电特性,其中,涤纶不锈钢包芯纱与PVDF膜较其他两种膜结构最稳定,膜的渗透性能最好,因此选用涤纶包芯纱为复合膜支撑体最佳。     

混凝/沉淀/PVC复合膜工艺处理受污染源水的中试

针对北方受污染水源水的水质特点,基于"混凝/沉淀/PVC复合膜"工艺,通过中试考察了PVC复合膜的水质净化效果和膜系统运行情况。在PVC复合膜出水中未检测到总大肠菌群,出水浊度平均为0.054 NTU;复合膜对CODMn、余铝和藻类的平均去除率分别为27.4%、68%、99%。以25、30和35 L/(m~2·h)的膜通量运行时,TMP均在30 kPa以下,PVC复合膜的运行压力较低。气水反洗和维护性清洗能明显降低PVC复合膜的TMP,缓解膜污染。膜通量为25 L/(m~2·h)时,其TMP基本稳定在7.7~15 kPa;膜通量为30 L/(m~2·h)时,在加氯预处理条件下膜污染较轻;以35 L/(m~2·h)的膜通量运行时,过滤60 min反洗1次能够有效降低膜污染;建议维护性清洗周期为14 d。     

GO-ZnO共混改性PVDF膜的制备及抗污染性能

将不同量的GO-Zn O加入PVDF铸膜液中,通过浸没沉淀法制备PVDF复合超滤膜。利用FTIR、接触角、SEM对表面化学组成、亲水性和膜微观结构形貌进行了分析与表征,考察了GO-Zn O对膜性能的影响。同时以牛血清白蛋白和腐殖酸作为污染物进行过滤试验,分析了该复合膜的分离性能和抗污染性能,考察了污染膜清洗后的通量恢复效果。结果表明,添加GOZn O后的复合膜具有不同于基膜的渗透性能。随着添加量的增加,膜通量先增加后降低,并且在添加量为0.5%时,膜通量和膜通量恢复率均达到最大,即膜分离和抗污染性能最佳。     

纳米TiO_2改性PVA/聚哌嗪酰胺复合纳滤膜的制备

采用界面聚合法制备纳米TiO2改性聚乙烯醇(PVA)/聚哌嗪酰胺复合纳滤膜。使用渗透试验、扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、静态接触角仪等对复合膜进行性能测试和结构表征。SEM和AFM照片证实,改性纳米TiO2在膜表面分布均匀。改性TiO2的加入增大了膜表面粗糙度,复合膜的亲水性也有一定程度的提高。对比不同TiO2添加量的纳滤膜的性能,添加量为0.05%的复合膜的性能最佳,该添加量的复合膜不仅保持了原有较高的脱盐率,水通量也大幅提升,此时复合膜对Na2SO4、Na Cl和MgSO4的去除率分别达到98.7%、50.4%和95.6%,水通量由65.47 L/(m2·h)提升至106.66 L/(m2·h)。试验结果表明,改性纳米TiO2的添加可改善膜的表面结构,在保持高脱盐率的前提下,提高膜的水通量,优化了膜的性能。     

改性GO芳香族聚酰胺复合纳滤膜制备及分离性能

为提高纳滤膜分离特性、拓展其在水处理中的适用性，以聚砜(PSf)为膜基材，以由4,4’-二氨基二苯醚(4,4’-ODA)改性的聚对苯二甲酰对苯二胺(m-PPTA)和氧化石墨烯(GO)为共混材料，采用相转化法制得基膜后，再通过界面聚合法制备改性氧化石墨烯芳香族聚酰胺复合纳滤膜(m-PPTA/PSf-GO)，研究改性材料占比对膜表面形貌、内部结构及其分离性能的影响。结果表明：当m-PPTA占比为6%并均匀分布时，膜表面出现明显凸起，有助于支撑层与聚酰胺层紧密结合；引入GO可使膜亲水性增强、内部海绵状空隙增多，有利于水分子的转移；当GO占比为0.005%时，m-PPTA/PSf-GO对分别含MgSO₄、Na₂SO₄水样的水通量和截留率最佳，依次为68.7、71.0 L/(m²·h·MPa)和91.3%、94.8%。该共混改性方法简便，m-PPTA和GO的引入可有效提高复合纳滤膜的分离性能。     

介孔SBA-15掺杂聚砜超滤复合膜的制备与性能研究

采用介孔SBA-15作添加剂,以聚砜(PSF)为复合膜本体材料制备PSF/SBA-15超滤复合膜,考察了SBA-15的添加对复合膜微观结构的影响,研究了不同SBA-15添加量的复合膜渗透性能与分离性能的变化规律,并以水厂沉后水作为处理对象,考察了不同SBA-15添加量的超滤复合膜对污染物的去除效能以及产水稳定性。结果表明:与未添加SBA-15的对照组相比,PSF/SBA-15复合膜的孔隙结构更加发达,过滤性能大幅提升,对污染物的去除效果明显提高。当SBA-15添加量为6%时,复合膜过滤性能最强,对沉后水中浊度、细菌总数、COD_(Mn)和UV_(254)的去除率分别达到99.8%、100%、16.3%和31.2%;在沉后水过滤试验进行5个循环后,复合膜的水通量仍然可以保持在63.1 L/(m~2·h),是对照组的5.74倍。该新型介孔超滤复合膜制备方法的提出,为超滤膜工艺在实际工程中高通量、低成本的运行提供了技术支撑。     

特殊浸润性油水分离膜的研究进展

基于目前研究进展，讨论了油水膜分离的未来发展前景。文章重点介绍当前特殊浸润性膜技术的特殊浸润性膜的制备方法，以及超亲水超疏油膜、超亲油超疏水膜以及智能可控型油水分离膜等最新研究进展。特殊浸润性油水分离应综合考虑实际含油污水水质特征，开发应激性智能可控浸润性油水分离膜，促进其规模化生产及应用。为实际需求提供技术指导。     

改性微滤膜深度处理城市污水的研究

采用改性SiO2纳米粒子对微滤膜进行改性,考察了改性微滤膜的分离特性及对城市污水的深度处理效果.结果表明,改性后的微滤膜表面的亲水性明显提高,膜的传质系数增大,膜阻力系数减小,膜的耐污性能大大增强;采用改性微滤膜处理城市污水厂的二级出水,膜出水水质可满足<城市污水再生利用城市杂用水水质>(GB/T 18920--2002)的要求,且连续运行10 h后,膜通量仍可稳定在150 L/(m2·h)以上;适量增大过膜压力可提高膜通量和水回收率,错流过滤方式比死端过滤方式的膜通量高,内压进水方式比外压进水方式的膜通量高.     

无机膜处理机加工含油废冷却研究

利用陶瓷微滤膜可以进行油水分离的特点，采用错位过滤的工作方式处理机械加要废冷动液，研究了处理效果、膜通量衰减、单种清洗剂的清洗效果，得出了较为有效的综合清洗方式。     

电脱盐含油废水除油工艺应用研究

原油电脱盐含油废水由于乳化带油严重,破乳分离困难,处理难度大。文章对目前工业化应用技术成 熟的旋流油水分离、化学破乳及电化学３种电脱盐含油废水除油工艺,在工艺流程、工业应用现状、应用效果等几方面进行了对比研究。结果表明,电化学除油工艺具有除油率高、效果稳定、费用低、设备简单、抗冲击力强、占地面积小等 优势,除油率和COD去除率大于90％,对悬浮物、胶体、重金属等也有一定的去除效果,具有较好的应用前景。     

用于含油废水处理的复合膜研制

报导了用相转化法（ｓｏｌ－ｇｅｌ）制备的聚砜－Ａｌ２Ｏ３复合膜，这是将Ａｌ２Ｏ３微料填充到聚砜中制成的。对该复合膜的机械性能、超滤性能、扫描电镜（ＳＥＭ）、亲水性和孔隙率进行了测试，并分析了分散剂和市膜性能的影响。试验发现该复合膜对含油水具有很好的处理效果。     

平板陶瓷膜对于铁路车辆段废水处理效果的研究

文章针对平板陶瓷膜对于铁路车辆段含油废水的处理效果以及处理过程中膜片膜通量的变化情况进行了多组实验。实验证明了膜片对于油的去除率达到99%以上,其处理效果不受膜通量、反冲洗、压力、温度条件影响,效果稳定。水处理装置在连续运行工况下膜通量持续降低;反冲洗之后,膜片能大致达到初始膜通量。膜通量主要受水泵所能提供真空压力的影响,水泵真空压力越大,膜通量越大。     

GO-PVP/PVDF渗透膜的热质传递机理和污染特性

渗透率低和疏水性差是限制渗透膜在膜蒸馏式海水淡化运用中的关键因素。为了提高膜的疏水性且保持高渗透性能，对自制的超疏水氧化石墨烯-聚乙烯吡咯烷酮/聚偏氟乙烯(GO-PVP/PVDF)复合膜进行了热质传递的分子模拟和污染物为腐殖酸(HA)、半胱氨酸(LC)、Ca²⁺的耐污染实验，并通过Materials Studio(MS)软件建立了膜的传热传质模型。结果表明，GO含量越大膜表面的裂纹越少。左右堆叠形态下复合膜的渗透性能最好且热导率最高，上下堆叠形态下膜性能最差。氢键作用能(E_el)为负值，并导致污染物和膜表面的相互作用能为负值，是污染物富集在膜表面的主要作用力。此外，Ca²⁺离子会加重膜污染。     

润湿性可控的氧化石墨烯/壳聚糖复合膜的制备

利用盐酸和氢氧化钠调节氧化石墨烯和壳聚糖混合溶液的p H,并通过简单的一步真空抽滤法制备出具有不同润湿性的氧化石墨烯/壳聚糖复合膜。经过测试,证实不同p H的混合液制备的复合膜在空气中水的接触角、水下油的接触角以及粘附力均呈现类抛物线状变化。     

氧化石墨烯对水泥宏观力学性能及水化进程的影响研究

对氧化石墨烯增强水泥基体材料力学性能的机理进行了研究,分析了氧化石墨烯在宏观力学特征上对水泥材料的增强效果,并进一步探讨了氧化石墨烯对水泥水化产物和微观结构的影响。研究结果表明:采用聚羧酸减水剂的掺量为纳米材料掺量2倍的方式能在不影响水泥净浆强度的前提下最大程度保证水泥浆体的流动性。氧化石墨烯能大幅度提高水泥浆体的抗压及抗折强度,28 d期龄时,掺量为0.03%的GO能提升水泥试块22%的抗压强度和37%的抗折强度。水泥的水化期龄逐渐增加时,水泥在高温受热下的凝胶失重和Ca(OH)2含量也在逐渐增加。由于氧化石墨烯并未影响水泥内Ca(OH)2的总质量,因此可推测氧化石墨烯对C-S-H凝胶含量也无影响。掺入氧化石墨烯后的水泥石与纯素水泥石之间的凝胶失重差异是由水泥内C-S-H凝胶包裹的自由水蒸发引起的。掺入适量且分散均匀的氧化石墨烯能使水泥内部的C-S-H凝胶和Ca(OH)2晶体之间已经较好的结合在一起,浆体结构更为密实,孔洞和裂隙也大量减少,同时会在水泥内部形成大量排列规整的片状及花瓣状晶体,微观结构下基本看不到裂缝和孔隙的存在。     

氧化石墨烯改性防腐涂料的研制

采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯分散液作为添加剂,研究了改性前后氧化石墨烯添加量对环氧树脂防腐涂料性质的影响。结果表明,添加氧化石墨烯后,防腐涂料的耐盐雾性、耐酸性、耐盐水性和抗冲击性均明显提升,氧化石墨烯经硅烷改性后,能使材料的防腐性能进一步提升。     

电膜耦合工艺电生氧化物对芳香聚酰胺膜的影响

电膜耦合工艺产生的电生氧化物(活性氯和臭氧)对芳香聚酰胺纳滤膜性能有影响。通过膜通量、截留率、接触角、红外光谱、XPS和SEM等表征,结果表明芳香聚酰胺纳滤膜对臭氧有较好的耐氧化性能,但是不耐活性氯。臭氧氧化强度为0~100 mg·h/L时,芳香聚酰胺纳滤膜表现出了良好的抗臭氧氧化性。次氯酸根对纳滤膜的影响随Cl O-浓度与浸泡时间的增加而加剧。膜表面红外对比分析显示,碱性条件下,Cl O-通过吸附作用影响芳香聚酰胺膜表面结构,强化膜面亲水性,增大膜通量,但降低了膜截留率。