硅-铝基陶瓷膜的制备及废水净化性能研究
陶瓷膜因自身稳定性好、机械强度高、易清洗和再生和环境友好等优点而被广泛应用在环保、冶金和能源等领域，已经成为膜领域发展迅速、应用范围广的膜材料之一。但其本身也具有造价成本高、不易加工等难题，限制了陶瓷膜的大规模应用。本课题从废物资源化的角度出发，以海砂（MS）、海洋生物基的牡蛎贝壳粉（OGTS）、金矿尾渣（GMT）和花岗岩废渣（GS）为主要材料，制备环保经济型陶瓷膜（分隔物），新型陶瓷膜（分隔物）在生物电化学系统（BioelectrochemicalSystem，BES）质子交换膜替代、油水分离、废水处理进行应用性研究，实现以废治废。具体的研究成果如下： （1）以MS和OGTS作为CMS的基材，掺杂Cu/Fe两种金属粉末，通过低温压片烧结法制备不同组分的MS-OGTS基复合CMS。最终筛选出改性的CMS-ASO-Cu（CMS-Al2O3/MS/OGTS-Cu）具有优异的耐酸碱性和化学稳定性，并与BES中典型的微生物燃料电池（Microbialfuelcells，MFC）构建的C-MFC产生可收集的生物电能，针对有机废水也有良好的降解效果。该系统对于COD（780mgL?1）和NH4+-N（249.6mgL?1）去除效率均达到了80％以上，对TP（14.5mgL?1）的去除率超过92%。 （2）应用金矿尾渣（GMT）和花岗岩废渣（GS）两种工业固体废弃物作为陶瓷膜原料，通过调整GMT添加比例和烧结温度优化，实现较低烧结温度CMs的制备。新型CMs具有较好的截油性能（96.1%）和稳定性；在极端酸性和碱性条件下，机械强度为29.47MPa，质量损失为2.75%；在高温环境下，质量损失仅为2.5%。经过16次循环性能试验测试，新CMs截油率仅微降0.01%。制备的CMs具有抗污染特性，通过超声处理可实现纳米孔通道恢复。废水处理测试表明，新CMs对铁、铜的去除率为100%，对铬、镉的去除率为78.6%，CMs油水分离性能较好。实验结果表明固体废物制备环保型陶瓷膜具有可行性，本研究制备的GS-GMT基纳米多孔CMs具有处理工业级高负荷乳化液废水潜力。 （3）采用酸法提取GMT中FeS2，用溶胶-凝胶法分别合成铜铁基和钴铁基尖晶石，以OGTS为造孔剂，调控尖晶石质量配比，开发制备CM-(Cu-Co)Fe2O4新型废物基陶瓷膜（CuFe2O4:CoFe2O4=1：1）。本研究制备的新型陶瓷膜具有耐酸碱性和热稳定性。用CM-(Cu-Co)Fe2O4开展废水处理测试，实验结果表明CMs对染料废水、工业废水和实际工厂乳化液废水展现较好净化性能。(Cu-Co)Fe2O4基CMs对工业含油乳化液废水的截留率为97.9%，对废水中茜素红染料去除率为99.79%。采用ECOSAR软件评估方法，进行Cu和Co的生物资源库对比，证实本研究开发的新型CMs无生物毒性。重金属浸出实验结果表明，随着烧结温度的升高，CMs浸出液中重金属离子浓度逐渐降低，72h内的重金属浸出浓度仅为0.083mgL-1的Cu2+和0.02mgL-1的Co2+，同步生物毒性分析证明CMs出水不会对生物产生毒性。
废水净化;膜分离技术;陶瓷膜;废物资源化;生物电化学
烟台大学
硕士
环境科学与工程
高常飞;郭献军
2023
中文
X703
2023-08-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）