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不对称润湿性Janus膜在油水分离中的应用研究

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不对称润湿性Janus膜在油水分离中的应用研究

作者：游琰真西安石油大学

学位级别：硕士

针对海上溢油及漏油事故中油水乳化严重、油水分离效率较低等问题,本文提出通过构建具有不对称润湿性的Janus膜,来实现油水的高效分离与油品回收的思路,采用实验研究和机理分析相结合的方法,剖析了制备的Janus膜的基本性能对油水分离效... 详细信息

针对海上溢油及漏油事故中油水乳化严重、油水分离效率较低等问题,本文提出通过构建具有不对称润湿性的Janus膜,来实现油水的高效分离与油品回收的思路,采用实验研究和机理分析相结合的方法,剖析了制备的Janus膜的基本性能对油水分离效果的影响,通过Janus膜表面不同阶段液滴的力学分析,揭示了Janus膜能够高效油水分离的作用机理,为海上溢油的高效回收与海洋环境的快速修复提供新方法。首先,以聚偏氟乙烯(PVDF)膜为基底,采用单侧喷涂法制备具有不对称润湿性的Janus膜,并考察Janus膜的基本性能。其次,将制备出的Janus膜分别用于浮油和水包油乳液的模拟分离实验,通过膜厚、孔径和油品性质等条件,研究所制备的Janus膜在油水分离中的膜通量,油水截留率和循环利用性。最后,将优选出的Janus膜制备成桶状,探究桶状Janus膜在油水分离中的“单向集油阻水”、“单向排油储水”性能和可实用性,并通过液滴在膜表面不同阶段的力学模型分析,揭示Janus膜能够高效处理油水混合物的内在机理。研究结果表明:(1)制备的Janus膜表面润湿性呈现不对称性,一侧为亲水水下疏油性,另一侧为亲油疏水性。(2)Janus膜的油水分离通量和油水截留率均随喷涂密度的增加呈现先增加后降低的趋势。孔径为0.45μm喷涂密度为0.08 ml/cm的Janus膜,对浮油和水包油乳化液均展现出了优异的油水分离性能,分离浮油的膜通量达到2292.99±69.3 L/m·h,油水截留率分别为98.91±0.087%和99.86±0.068%。(3)制备得到的桶状Janus膜对油水混合物具有可观的分离效果、储油效果和可实用性,集油效率为97%,排油效率为98%。(4)基于膜不对称润湿性的影响,液滴在Janus膜孔隙内受力的变化会导致膜渗透、膜阻碍和破乳的发生,油水分离后的液相会聚集形成“液膜”覆盖在膜表面并构成“门”控通道,从而使得桶状Janus膜具备高效油水分离和油品回收的优点。

关键词：海上溢油油水分离 Janus膜膜改性润湿性

基于膜曝气生物膜技术的废水处理系统强化构建及机制研究

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基于膜曝气生物膜技术的废水处理系统强化构建及机制研究

作者：李济斌广东工业大学

学位级别：硕士

膜曝气生物膜反应器(MABR)是一种新型高效的生物膜法水处理工艺,因其无泡曝气的高传氧效率、高污染去除率和低污泥处理成本的优点,被广泛的应用于各类污水的处理。然而MABR仍存在生物膜生物量不足、去除机理不明及缺乏经济有效的处理效... 详细信息

膜曝气生物膜反应器(MABR)是一种新型高效的生物膜法水处理工艺,因其无泡曝气的高传氧效率、高污染去除率和低污泥处理成本的优点,被广泛的应用于各类污水的处理。然而MABR仍存在生物膜生物量不足、去除机理不明及缺乏经济有效的处理效能强化手段的问题,而这些问题限制着MABR的广泛应用。针对上述问题,本研究设计了错流式MABR反应器,以模拟污水为研究对象,主要应用16s RNA测序技术、新型原位表征技术和数学模型等技术方法,研究MABR的生物量变化、在污水成分胁迫下和膜表面粗糙度变化下的生物响应情况和微生物群落演替。本论文实验结果表明,无纺布MABR系统表现出可靠的污染物去除效率。C/N比与生物膜厚度之间存在明显的正相关关系。因为在高C/N比条件下,好氧异养菌和反硝化细菌的丰度会增大。但较高的C/N比会影响NH-N的去除,因为硝化细菌在氧气竞争中处于劣势。较高的进水盐度能略微促进生物膜的生长。然而,由于高盐度对好氧异养菌活性的抑制作用和硝化细菌丰度的降低,这会导致有机物污染物去除率下降和硝化效果恶化。模型预测结果显示,当进水C/N比保持在1至3范围内且盐度低于2%时,可同时实现COD和NH-N的高去除效率。热压改性膜组件具有粗糙且有利于保留生物质的表面结构,同时还能稳定保持膜表面疏水性以实现高传氧效率。改性膜上生长的生物膜厚实且附着稳定,提高了微生物对养分和氧气的获取。因此,实验组MABR在TN去除方面表现出卓越的性能(>80%),长期运行后的膜表征显示改性膜具有稳定性,不会出现严重的膜污染现象。实验组中使用的改性膜有利于形成稳定的生物膜,建立具有协同作用的高效反硝化微生物群落。OLB8细菌被认为在增强反硝化过程中起关键作用。在运行过程中的启动期,在MABR中观察到独特的浑浊和处理效果波动现象,而这可能与基于群体效应的细菌活动有关。这些结果不仅解释了不同C/N比和盐度下MABR效能变化和微生物群落演替机制,证明了使用热压膜组件来强化MABR的工艺性能的可行性,而且还为MABR在不同进水条件下强化其处理效能提供了系统的策略,为用于可持续废水处理的低成本、高性能的膜技术提供了行之有效的方法。

关键词：膜曝气生物膜反应器模型 C/N比盐度膜改性

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聚多巴胺改性膜及其在水处理中的应用

科学技术创新 2021年第10期 40-41页

作者：曹阿坤广州大学土木工程学院广东广州511400

近十年来,由贻贝启发的聚多巴胺因其普遍性和通用性成为膜改性的一种非常有前途的策略。只要将膜浸入碱性多巴胺溶液中,就能在膜表面诱导出亲水性的聚多巴胺层,而且聚多巴胺由于其表面丰富的官能团可以作为一个二次反应修饰平台进一步... 详细信息

近十年来,由贻贝启发的聚多巴胺因其普遍性和通用性成为膜改性的一种非常有前途的策略。只要将膜浸入碱性多巴胺溶液中,就能在膜表面诱导出亲水性的聚多巴胺层,而且聚多巴胺由于其表面丰富的官能团可以作为一个二次反应修饰平台进一步接枝引入其它有机或无机材料进入膜基体或表面。本文主要对聚多巴胺材料的介绍及其在膜改性应用中的两个维度进行描述,最后讨论了聚多巴胺在膜分离领域应用中的可能发展方向。

关键词：聚多巴胺膜改性抗污染水处理

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辉光放电空气等离子体改性聚砜膜的研究

西安工程大学学报 2015年第1期29卷 32-36页

作者：王欢李茹王娜张丽巧唐家彬方力西安工程大学环境与化学工程学院陕西西安710048

为了研究空气中等离子体改性对聚砜(PSF)超滤膜性能的影响,通过辉光放电空气等离子体对聚砜膜进行表面改性,采用亲水接触角法评价了改性条件对聚砜膜表面性质的影响规律.采用牛血清蛋白溶液作为类蛋白污染物进行试验,评价了改性前后聚... 详细信息

为了研究空气中等离子体改性对聚砜(PSF)超滤膜性能的影响,通过辉光放电空气等离子体对聚砜膜进行表面改性,采用亲水接触角法评价了改性条件对聚砜膜表面性质的影响规律.采用牛血清蛋白溶液作为类蛋白污染物进行试验,评价了改性前后聚砜膜的渗透性、污染率、恢复率等性能.结果表明,聚砜膜表面经等离子体处理后,表面润湿性发生变化,在最佳表面改性条件(放电功率8W,放电时间30s)下,膜表面的水接触角从69°下降到20°.改性后的聚砜膜渗透性能提高,抗污染性能得到了明显改善.

关键词：辉光放电空气等离子体膜改性聚砜膜

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光接枝薄膜改性技术

塑料加工 2005年第1期40卷 9-15页

作者：杨彪北京工商大学材料科学与工程系北京 100037

对塑料薄膜的几种改性方法进行了简单介绍，重点对光接枝表面改性方法的原理以及在塑料薄膜改性领域的应用进行了介绍，如无滴棚膜、复合膜的生产，以及塑料薄膜的表面功能化，使其具有表面抗光氧化、杀茵等性能。

关键词：光接枝膜改性塑料薄膜改性方法表面改性复合膜表面功能化技术生产领域

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PVDF改性膜在MBR上的应用

广州化工 2018年第17期46卷 17-19页

作者：穆守正孟娜徐州工程学院环境工程学院江苏徐州221000

聚偏氟乙烯膜(PVDF)有优良的热稳定性、抗酸碱腐蚀性和高机械性能,将PVDF膜作为膜生物反应器(MBR)系统的分离介质,是其重要的应用领域之一。但由于PVDF膜本身具有强疏水性使其在过滤过程中易加剧污染,从而缩短膜的使用寿命。因此需要对... 详细信息

聚偏氟乙烯膜(PVDF)有优良的热稳定性、抗酸碱腐蚀性和高机械性能,将PVDF膜作为膜生物反应器(MBR)系统的分离介质,是其重要的应用领域之一。但由于PVDF膜本身具有强疏水性使其在过滤过程中易加剧污染,从而缩短膜的使用寿命。因此需要对膜材料进行亲水改性,以增强其抗污染性能和渗透性能,克服膜污染在MBR工艺进一步推广应用上的障碍。据目前研究,本文探讨和介绍了不同方法改性后的PVDF膜在MBR工艺上的性能提升以及其提升的原理。

关键词： PVDF超滤膜膜生物反应器膜改性

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流延聚丙烯(CPP)薄膜改性新技术

塑料包装 2005年第5期15卷 46-46,54页

作者：王文治蔡明池

CPP薄膜用作塑料薄膜的热封层时,热封温度和热封强度是两项重要的性能.这里介绍一种降低薄膜热封温度的新技术,就是在共聚聚丙烯(PPB)中加入一种改性剂DVT,通过改变PPB的晶态结构,使PPB的维卡软化温度明显下降,从而改变CPP薄膜的热封性... 详细信息

CPP薄膜用作塑料薄膜的热封层时,热封温度和热封强度是两项重要的性能.这里介绍一种降低薄膜热封温度的新技术,就是在共聚聚丙烯(PPB)中加入一种改性剂DVT,通过改变PPB的晶态结构,使PPB的维卡软化温度明显下降,从而改变CPP薄膜的热封性能.下面为型号K8303的PPB加入改性剂DVT后维卡软化温度及冲击强度等性能的变化.

关键词：流延聚丙烯技术膜改性维卡软化温度 CPP薄膜热封性能塑料薄膜热封温度共聚聚丙烯

自组装改性聚哌嗪酰胺及其在染料废水中的应用（英文）

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Chinese Journal of Chemical Engineering 2015年第6期23卷 912-918页

作者：周勇戴喆男翟丁高从堦 The Development Center of Water Treatment Technology State Oceanic Administration Zhejiang Sci-Tech University

Polypiperazine-amide membranes were modified with poly(ethyleneimine)(PEI) by self-assembled method,through which PEI molecules were fixed on the membrane surface by ionic interaction. In the experiments,the PEI concentration ranged from 50 to 2000 mg·L-1while the depositing time was fixed at 20 min. The results showed that low PEI concentration resulted in a slight increase of pure water flux, which was attributed to the enhanced membrane surface hydrophilicity. The PEI adsorption on membrane surface had less effect on the rejections to neutral PEG and sucrose, but improved the rejections to divalent cationic ions and methylene blue as the result of reversion of the membrane surface charge from negative to positive according to the XPS analysis and zeta potential measurements. The membrane modified at PEI = 1500 mg·L-1exhibited high rejection to methylene blue(MB) and is potential to be applied in the treatment of effluents containing positively charged dyes.

关键词：染料废水处理组装方法膜改性表面改性酰胺哌嗪离子相互作用 PEI

用于从CO_2-DMC体系分离CO_2的PDMS复合膜制备与分离性能

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高校化学工程学报 2017年第5期31卷 1042-1051页

作者：贺志敏汤志刚 Ataeivarjovi Ebrahim 郭栋赵志军李红伟邢潇清华大学化学工程联合国家重点实验室北京100084

溶剂吸收-膜解吸联合工艺是一种新型具有较低能耗的燃烧前CO_2捕集方法,高通量和高分离因子的解吸膜制备成为此技术的关键。以醋酸纤维素超滤膜为基膜,在聚二甲基硅氧烷(PDMS)中加入不同交联剂进行改性,制备了从CO_2-碳酸二甲酯(DMC)混... 详细信息

溶剂吸收-膜解吸联合工艺是一种新型具有较低能耗的燃烧前CO_2捕集方法,高通量和高分离因子的解吸膜制备成为此技术的关键。以醋酸纤维素超滤膜为基膜,在聚二甲基硅氧烷(PDMS)中加入不同交联剂进行改性,制备了从CO_2-碳酸二甲酯(DMC)混合液中解吸分离CO_2的非对称渗透汽化膜。研究表明可以从溶解活性、扩散活熊、反应活性提高膜的解吸性能,并研究了不同改性交联剂、膜层厚度、交联温度、解吸液浓度和解吸温度等因素对膜解吸CO_2性能的影响。与文献相比,优化制备所得的PDMS-APTES(3-氨基丙基三乙氧基硅烷)—PTES(苯基三乙氧基硅烷)复合膜具有较大的通量(4970 g×m^(-2)×h^(-1))和分离因子(79.3),具有一定潜在工业应用价值。

关键词： CO2捕集膜解吸 PDMS膜膜改性渗透汽化