气—液萃取法用于膜蒸馏的预处理研究

论文摘要

随着膜技术的发展,疏水性多孔膜因其透气不透水的特点,在海水淡化与工业废水处理等分离领域得到广泛的研究。然而疏水性多孔膜孔道的亲水化渗漏问题,是疏水膜长期应用过程中必须要面对的挑战之一,这严重阻碍了疏水性多孔膜的工业化应用。待处理料液含有的表面活性物质（SASs）,是导致疏水膜发生亲水化渗漏的主要原因,因此,我们认为优先将原料液中的SASs去除,可以延缓疏水膜的亲水化渗漏进程。因此,本文采用气-液界面萃取法作为疏水膜分离过程中原料液的预处理方法,以典型的减压膜蒸馏（VMD）作为疏水膜应用工艺的代表,以表面活性剂十二烷基苯磺酸钠（SDBS）来模拟VMD原料液中具有强润湿作用的SASs,通过气-液界面萃取/VMD耦合工艺,系统研究该预处理方法对减压膜蒸馏过程中膜亲水化渗漏的影响。以期减缓润湿进程,延长膜蒸馏可持续运行时间。首先,在单因素的实验探究基础上,采用响应曲面法探究水力停留时间(HR乃、曝气强度（BI）和气-液界面萃取高度（h）对疏水膜亲水化渗漏的影响,结果表明,水力停留时间30 min、曝气强度0.5 NL/min、气液萃取高度15 cm的最优操作条件下,亲水化渗漏时间由初始浓度的15 min延长至590 min,亲水化渗漏时间延长了575 min,VMD持续运行时间提高40倍。其次,通过对工艺参数的优化,在有效延长疏水膜分离有效操作时间的同时,通过响应曲面法优化工艺参数,有效提高预处理过程原料液的回收率,结果表明,水力停留时间24 min、曝气强度1.5 N L/min、气液萃取高度25 cm的最优操作条件下,亲水化渗漏时间由初始浓度的15 min延长至400 min,亲水化渗漏时间延长了385 min,膜蒸馏持续运行时间提高27倍。在有效延长减压膜蒸馏到达亲水化渗漏时间的同时,原料液经预处理后的回收率（R1）可提高至95%。最后,提出气浮絮凝/VMD耦合工艺,探究絮凝剂电性、絮凝剂种类和絮凝剂用量对疏水膜材料亲水化渗漏影响的影响。结果表明:预处理过程投加絮凝剂,会显著延长疏水膜到达亲水化渗漏的时间有效延长减压膜蒸馏的有效操作时间:预处理效果与絮凝剂的电性有关,阳离子型有机絮凝剂预处理效果优于阴离子型有机絮凝剂;预处理效果与絮凝剂种类有关,有机絮凝剂预处理效果优于无机絮凝剂;预处理效果与絮凝剂加入量有关,当阳离子型絮凝剂CPAM加入量为12 mg/L时,预处理效果最佳。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
•   1.1 膜蒸馏
•     1.1.1 膜蒸馏发展历史
•     1.1.2 膜蒸馏原理
•     1.1.3 膜蒸馏分类
•   1.2 膜蒸馏技术的应用
•     1.2.1 海水与苦咸水淡化
•     1.2.2 工业废水处理
•     1.2.3 化学物质的浓缩及回收
•     1.2.4 制药领域
•     1.2.5 膜结晶
•     1.2.6 膜蒸馏的优点与不足
•   1.3 膜污染
•     1.3.1 一般污染形式
•     1.3.2 分类
•     1.3.3 膜污染的影响因素分析
•     1.3.4 膜污染的控制方法
•   1.4 疏水膜的润湿
•     1.4.1 润湿类型
•     1.4.2 疏水膜的亲水化渗漏
•   1.5 表面活性物质
•   1.6 气-液界面萃取法
•   1.7 研究意义及内容
•     1.7.1 研究意义
•     1.7.2 研究内容
• 第二章 实验材料与方法
•   2.1 实验药品与仪器
•   2.2 气-液界面萃取/VMD耦合工艺
•   2.3 气浮絮凝/VMD耦合工艺
•   2.4 VMD工艺参数
•   2.5 SDBS去除率的计算
• 第三章 气-液界面萃取预处理对疏水膜亲水化渗漏影响的研究
•   3.1 预处理条件对VMD亲水化渗漏时间的影响
•     3.1.1 水力停留时间对VMD亲水化渗漏时间的影响
•     3.1.2 曝气强度对VMD亲水化渗漏时间的影响
•     3.1.3 气-液萃取高度对VMD亲水化渗漏时间的影响
•   3.2 响应曲面法优化VMD的预处理条件
•     3.2.1 响应曲面法设计与实验结果
•     3.2.2 海藻型膜组件曝气过程
•     3.2.3 回归模型建立及方差分析
•     3.2.4 实验方差分析的确认
•     3.2.5 三维图像的分析
•   3.3 参数优化与验证
•   3.4 本章小结
• 第四章 提高预处理过程原料液回收率的条件探究及优化
•   4.1 应用响应曲面法优化预处理过程原料液的回收率
•     4.1.1 响应曲面法设计与实验结果
•     4.1.2 回归模型建立及方差分析
•     4.1.3 三维图像分析
•   4.2 参数优化与验证
•   4.3 本章小结
• 第五章 絮凝剂对疏水膜亲水化渗漏影响的研究
•   5.1 絮凝剂电性对疏水膜材料亲水化渗漏的影响
•   5.2 絮凝剂种类对疏水膜材料亲水化渗漏的影响
•   5.3 絮凝剂加入量对疏水膜材料亲水化渗漏的影响
•   5.4 预处理方法对预处理效果的影响
•   5.5 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 发表论文及参加科研情况
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 赵晓丹

导师: 吕晓龙

关键词: 疏水膜,亲水化渗漏,气液界面萃取,膜污染,减压膜蒸馏

来源: 天津工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 海洋学,环境科学与资源利用

单位: 天津工业大学

分类号: P747;X703

总页数: 75

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