不同吸附材料处理水中砷的效应分析

对常用水中除砷吸附剂进行了分类表述,综述了碳基材料(活性炭、碳纳米管)、矿物(黏土矿物、沸石)、离子交换树脂(阳离子交换树脂、阴离子交换树脂)、金属氧化物(单金属氧化物、复合金属氧化物)、生物质材料(真菌、壳聚糖、纤维素)、工业废弃物(粉煤灰、钢渣)等吸附剂除砷的性能和特点,并对吸附材料去除水中砷未来的发展进行了展望。     

矿源比对自养反硝化深度脱氮除磷性能的影响

针对自养反硝化技术常规滤料出水中SO₄^2-浓度高、不能同步除磷的问题,通过批次实验探究复合矿源滤料自养反硝化(MSAD)的脱氮除磷性能。对矿源滤料硫铁矿(FeS₂)和菱铁矿(FeCO₃)在不同质量配比下脱氮除磷效果进行分析。结果表明,相比于单一FeS₂为电子供体,复合矿源(FeS₂和FeCO₃)表现出更高的NO^-₃-N去除速率、较低的硫酸盐浓度和稳定的pH。在驯化结束后稳定运行的第4天,m(FeS₂)∶m(FeCO₃)=2∶1系统脱氮性能最佳,NO^-₃-N的去除率为93%; TN的去除率为86%;m(FeS₂)∶m(FeCO₃)=1∶1系统总磷去除效果达到最优(65%)。物种分析证明复合矿源中硫自养反硝化的微生物种类占主导地位。     

新型准对称无机膜的正渗透去除Cd2+的效能

正向渗透(forward osmosis, FO)是一种以溶液渗透压差为驱动力的新型膜技术。课题组在先前研究中使用微界面溶胶凝胶法制备了一种全新的准对称结构无机薄膜(QSTFI膜), 与传统的有机聚合FO膜相比具有更大的优势。本文考察了QSTFI膜分离去除水中重金属Cd²⁺的效能, 讨论了Cd²⁺浓度、提取液浓度以及膜表面带电性对Cd²⁺去除的影响机制。采用扫描电子显微镜(SEM)表征了QSTFI膜的微观形貌, 使用能量色散光谱(EDS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)表征了膜的化学组成, 并使用原子力显微镜(AFM)表征膜表面带电特性。结果表明, QSTFI膜表面带负电荷, 能够与液相主体中的Cd²⁺通过静电引力形成双电层结构, 双电层的Debye厚度越大越有利于膜对Cd²⁺的截留。FO实验测试中原液Cd²⁺浓度为10 mg·L^-1的条件下, QSTFI膜对Cd²⁺截留率超过99%, 水通量最大值可达到69 L·m^-2·h^-1(提取液为2.0 mol·L^-1 NaCl)。本研究为拓展FO技术在含重金属废水处理的潜在应用前景提供了理论依据和指导。     

硅烷偶联剂改性硅藻土及其去除水中As(Ⅴ)的研究

以硅藻土为基体,γ-氨丙基三甲氧基硅烷(APES)作为改性剂,对硅藻土表面进行修饰,制备了针对As(V)吸附材料.采用单因素试验法,得到改性的最佳条件为:硅藻土为3 g,γ-氨丙基三甲氧基硅烷(APES)为4 mL,pH值为11,反应时间6 h,反应温度为30 ℃,该材料对As(V)的去除率可以达到87.11%.用扫描电镜(SEM)和傅里叶红外光谱仪(FT-IR)对材料进行表征,显示:改性前后的硅藻整体结构不发生变化;硅藻经改性后活性羟基峰消失,表面生成新的-NH2吸收峰.用Freundlich吸附模型能更好的描述吸附行为,吸附过程符合准二级动力学方程.     

硅藻基As(Ⅴ)表面印迹材料的制备与表征

采用硅藻作为材料载体、选取硅烷偶联剂氨基丙基三甲氧基硅烷(APS)作为功能单体、As(Ⅴ)为模板离子、环氧氯丙烷(ECH)为交联剂,通过冷凝回流法制备了以天然矿物材料为载体的印迹复合材料。经扫描电镜、X射线粉末衍射、傅里叶变换红外光谱及透射电镜的表征结果表明:功能单体APS经接枝作用成功搭接在了硅藻表面,与ECH交联后形成了稳定的印迹孔穴。硅藻的孔穴及周围有明显接枝物产生,且孔穴的内部规则性更加明显。选择性实验得到了不同二元体系下As(Ⅴ)印迹复合材料的选择性系数,并根据实验数据对As(Ⅴ)的选择能力与利用前景进行了总结和评价。     

聚乙烯醇修饰准对称无机膜的正向渗透效能

为进一步提高准对称结构无机薄膜(QSTFI膜)的正向渗透(forward osmosis,FO)效能,利用聚乙烯醇(PVA)对其进行亲水性修饰,研究了不同PVA质量分数对膜的水通量及比盐通量的影响.膜表征结果表明:经过PVA修饰的膜表面负电荷增多,有利于膜对Na+的截留;此外修饰膜表面的亲水性提高有利于获得更高的水通量.通过FO实验确定PVA最佳质量分数为0.5%.当提取液(DS)为2.0 mol·L-1Na Cl、原液(FS)为去离子水时,修饰膜水通量为67.08 L·m-2·h-1,比同条件下QSTFI膜水通量高12%;而比盐通量为0.15 g·L-1,比QSTFI膜低16.7%.     

温度对正向渗透的影响机制与数值模拟

正向渗透(FO)是一种以溶液自身渗透压作为推动力的膜分离技术。温度对溶液、膜的性质以及溶液与膜之间的相互作用有很大影响,进而影响FO的水通量。利用数值模拟与试验研究了温度对FO性能的影响。结果表明,当膜两侧等温时,FO水通量随着温度的升高而增大;当膜两侧不等温时,原液(FS)一侧温度的影响比提取液(DS)一侧更大,主要是因为温度升高降低了溶液黏度,强化了过膜扩散过程,而温度对DS渗透压的影响不明显。在不同温度条件下,FO水通量和热通量随流量的增大而增大,主要是由于流速的增大压缩膜表面的流体边界层,强化了传质和传热过程。