BDD/Ti复合膜组件自清洁机理研究

【摘要】：含油废水是水体的一类重要污染源。膜分离技术操作压力低、无相变、能耗少、适用范围广、分离效率高，是处理含油废水的一种理想手段。但膜污染制约了膜分离技术广泛应用。在水处理过程中，水中的污染物不断地附着在膜表面和孔洞中使膜阻力增加，膜通量降低，严重影响了污水处理的效率。 为提高传统膜材料的抗污染能力，本文将膜分离技术与电化学技术相耦合，采用热丝化学气相沉积法（HFCVD）对传统金属钛膜材料进行了表面改性处理，制备了新型掺硼金刚石复合多孔钛膜（BDD/Ti）材料。利用电化学工作站对BDD/Ti的电化学特性进行了分析。自行设计了电化学膜组件，以模拟含油废水为处理对象，比较了分离膜改性前后对污水的处理效果，同时分析了操作参数和料液浓度对组件膜通量和分离效果的影响，结果表明在电化学膜组件工作模式下，这种新型金刚石复合膜具有一定的自清洁能力，膜抗污染能力得到提高，延长了其使用寿命，同时强化了膜分离过程。 应用实验室HFCVD设备，以固体B2O3为硼源，氢气流量240sccm，碳源流量70sccm，反应室气压3.5-4KPa，衬底温度800℃，生长6小时后在多孔钛衬底上沉积了BDD薄膜。为防止复合膜材料发生变形和裂纹，衬底预先在723K温度下进行退火10分钟，同时制备完成后延长衬底冷却时间至5小时，使薄膜内应力缓慢释放。 应用循环伏安法对制备出的BDD/Ti复合膜进行扫描，其具有接近4V的电势窗口，对料液中的油滴既可以直接氧化又可通过产生强氧化性的·OH实现间接氧化。 利用自制膜组件对含油废水进行处理，实验结果表明电催化效应有效抑制了凝胶层的生长，相对膜通量维持在74%以上，COD去除率达到73.2%，远高于普通钛膜和无电催化效应的复合膜。 操作参数对组件性能的影响十分重要。由于副反应的存在电催化电压对膜通量和COD去除率的影响并不十分明显。当操作压力上升时，初始阶段膜通量有较大提升，但随后开始快速下降，最后当膜污染与电催化效应平衡时，通量达到稳定值；而COD去除率随压力的增加呈现先降后升的趋势。过高的料液浓度会抑制膜的自清洁效果，膜通量随浓度上升而呈下降趋势。 【关键词】：热丝气相化学沉积 掺硼金刚石 膜污染 自清洗
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 含油废水的性质及处理方法10-14
• 1.1.1 性质10
• 1.1.2 来源及危害10-11
• 1.1.3 处理方法11-14
• 1.2 掺硼金刚石（BDD）膜电极在废水处理中的应用14-16
• 1.2.1 电极的发展14
• 1.2.2 BDD 电极的特点14-16
• 1.2.3 研究进展16
• 1.3 膜分离技术16-20
• 1.3.1 膜分离技术的分类16-18
• 1.3.2 膜污染机理18
• 1.3.3 膜污染控制方法18-20
• 1.4 研究内容及意义20-22
• 1.4.1 研究内容20-21
• 1.4.2 研究目的和意义21-22
• 第二章 金刚石薄膜制备技术与表征方法22-27
• 2.1 金刚石薄膜制备原理及常见制备方法22-24
• 2.1.1 金刚石生长机理22-23
• 2.1.2 热丝化学气相沉积法23
• 2.1.3 微波等离子体化学气相沉积法23-24
• 2.1.4 等离子体喷射法24
• 2.2 BDD 薄膜的表征方法24-27
• 2.2.1 X 射线衍射24-25
• 2.2.2 拉曼光谱25
• 2.2.3 扫描电子显微镜25-27
• 第三章 BDD/Ti 复合膜的制备及其性能评价27-34
• 3.1 衬底性质27-28
• 3.2 复合膜的制备28-31
• 3.2.1 实验设备28
• 3.2.2 工艺流程28-30
• 3.2.3 结果与讨论30-31
• 3.3 电化学性质和电解机理分析31-33
• 3.4 本章小结33-34
• 第四章 BDD/Ti 复合膜组件的设计及自清洁机理研究34-47
• 4.1 膜组件34-37
• 4.1.1 膜分离的操作方式34
• 4.1.2 常见组件形式34-36
• 4.1.3 自清洁膜组件的设计36-37
• 4.2 膜性能的表征参数及测量方法37-40
• 4.2.1 膜通量37-38
• 4.2.2 膜阻力38-39
• 4.2.3 分离率39
• 4.2.4 化学需氧量去除率39-40
• 4.3 复合膜自清洁机理研究40-45
• 4.3.1 电催化效应对膜阻力的影响40-41
• 4.3.2 电催化效应对膜分离性能的影响41-43
• 4.3.3 组件操作参数对膜通量的影响43-44
• 4.3.4 组件操作参数对 COD 去除率的影响44-45
• 4.4 本章小结45-47
• 第五章 结论及下步建议47-49
• 5.1 结论47-48
• 5.2 本文的创新点48
• 5.3 下步建议48-49
• 参考文献49-54
• 发表论文和科研情况说明54-55
• 参与科研项目54-55
• 致谢55-56

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

Ta衬底B掺杂金刚石薄膜电极极化特性    高成耀;常明;李晓伟;

含油废水的膜处理技术    李海波,胡筱敏,罗茜

冷轧废水深度处理及回用工程    张金平;周欢;张章;赵文禹;

电化学催化氧化和电吸附脱盐技术处理采油废水    王云海;况均耀;周喆;陈庆云;

金刚石膜电极对有机污染物的电催化特性    赵国华,李明利,吴薇薇,李荣斌,何贤昶

掺硼金刚石薄膜电极在水处理中应用的研究进展    方宁;贾金平;钟登杰;王亚林;

油田含油污水生化处理技术研究及应用    李恒进;田超;谢玉文;

桩西联采油废水氧化塘的逗留时间分布研究    肖昌胜,李晓东,谢嘉

BDD薄膜电极电化学处理难降解有机废水的研究进展    李春娥;范荣桂;刘海娟;王长春;黄大青;

电化学清洗在太阳能电池制绒前的应用    王志华;刘玉岭;张建新;

电化学法测定化学需氧量的研究及应用动态    于庆凯;朱玉亮;

组合材料渗透反应墙对硝基苯污染地下水的修复研究    孟庆玲;任群;王显胜;于广菊;杨毅;

钻岩用硬质合金韧性和断裂机理的研究现状    黄莉玲;张正富;周盛;

炭/炭复合材料用浸渍剂煤沥青的研究进展    张红波;沈益顺;熊翔;左劲旅;尹健;

熔盐电脱氧法中石墨阳极、石墨坩埚破损机理及其防护的研究进展    李泽全;郭晶;胡蓉;茹黎月;王海华;

低含油率的原油乳状液制备技术研究    孟祥鹏;潘圆圆;王书禾;王殿生;刘超卓;

生物技术在含油废水深度处理中的应用研究进展    王静萍,王平,李淑兰

模压成形制备高电阻率炭材料    高莹;黄启忠;王秀飞;谢志勇;苏哲安;

油田污水处理技术发展趋势    汪卫东;郭省学;杜春安;袁长忠;王静;宋永亭;李希明;

高分子分离膜清洗剂的开发    张会明;户巧梅;李鑫;

不同温度热处理对CVI-C/C复合材料力学性能的影响    曹伟锋;李贺军;郭领军;李克智;和永岗;

硼掺杂金刚石薄膜电极的制备与性能评价    吕江维

涂层钛电极的制备及其降解废水中硝基苯的研究    卢强

炭材料用基体前驱体煤沥青的改性研究    林起浪

陶瓷膜处理含油乳化废水的技术开发及传递模型研究    谷和平

用定向流动热梯度CVI工艺制备航空刹车用C/C复合材料的研究    汤中华

抗污染油水分离复合膜制备及分离性能研究    王枢

竹炭及SiC陶瓷材料的结构及性能研究    张东升

掺硼金刚石膜的制备及其电学性能研究    李春燕

基于超分子化学作用的PVDF膜改性及其在处理低浓度含油废水中的应用研究    王海芳

高性能石墨高速铣削加工研究    周莉

油田采出水电化学深度处理装置的研究    徐萌

基于膜分离的小型气田污水处理系统设计与控制技术研究    李佳国

鱼肝油废水处理技术的应用与分析研究    黄鹤飞

新型钛基PbO2电极的制备及其在污染物降解中的应用    郑颖韩

好氧吸附技术处理生物柴油生产废水的研究    石卉

新型聚四氟乙烯微孔膜的油水分离特性研究    彭洪祥

Ti/SnO_2-Sb-Nd电极制备及处理有机废水研究    李国华

金刚石三维生长模式研究    包忠

脆性薄壁石墨零件高速钻削研究    雷凯

镁电解阳极过程和杂质铁阴极行为的研究    楼经纬

旋转动态管式膜流场与分离性能研究进展    刘泉,陈文梅,王颖

CVD金刚石薄膜的掺硼研究    杨小倩,胡晓君,沈荷生,张志明,李荣斌,何贤昶

掺硼金刚石薄膜电极电催化降解染料废水的研究    俞杰飞,周亮,王亚林,贾金平

超滤法处理切削乳化液废水的研究与应用    陆晓千,余志荣,陆斌

聚砜—Al_2O_3复合膜处理油田含油污水    张裕卿,丁健,常俊石

具有IPN结构的复合超滤膜在华北油田的应用研究    丁健,张裕卿,霍爱群,吴天文

含油污水处理技术研究    尹先清,陆晓华,邓皓

微滤和超滤过程中浓差极化和膜污染控制方法研究    邢卫红,童金忠,徐南平,时钧,王焕章,陈文艳,蔡旭新

采油废水处理方法与技术研究进展    祝威;

用膜分相从水相中除去油珠的研究    吴秋林

新型空气隙膜组件试验研究    贾立庄;杨晓宏;田瑞;马淑娟;

东丽卷式醋酸纤维膜组件的运转历史及特性    R.Bairinji;T.Tanaka;M.Kurihara;N.Kanamaru;T.Tonomura;陈益棠;

新型多层并接式膜组件的设计研究    贾立庄;杨晓宏;田瑞;

4种膜组件对黄连解毒汤膜过滤过程的比较研究    刘红波;李博;郭立玮;萧伟;

聚丙烯腈卷式超滤膜组件的污染及其清洗方法    吴光夏,张东华,钱燕军

多组分气体分离膜组件的数学模拟    金大天;曹义鸣;介兴明;袁权;

旋转圆盘式膜组件内压力场的数值分析    李昕;刘新平;欧三得;武永立;彭炯;

膜材料影响并接式膜组件渗透性能试验研究    马淑娟;杨晓宏;田瑞;吕海莉;

超滤水处理系统中膜组件化学清洗方法研究    伍联营;商凤英;高从堦;胡仰栋;

美国UOP公司将螺卷式超薄层复合膜组件 用于含氯水的处理    王爱勤;

旋转式管式膜组件的传质机理分析    阎建民;杨庆峰;马紫峰;

铸砂板式膜组件研究    徐国良;樊耀波;于艳;袁栋栋;杨文静;吴光夏;秦升益;徐云;

制定膜组件结构与膜材料性能评价统一方法的思考    赵广英;曹兵;柴国墉;

卷式扩散渗析膜组件的设计和制作及废酸回收性能    李传润;徐铜文;张旭;

旋转超滤膜组件澄清乳酸发酵液膜污染研究    刘彬彬;李敬;苏仪;陈向荣;沈飞;苏志国;万印华;

热法PVDF中空纤维膜在苦咸水淡化中的应用    王大新;张景隆;

UF膜组件及系统在蒸汽灭菌中的应用    麻薙幸雄;福田博久;

FMX等四种膜组件对黄连解毒汤的膜过程比较研究    刘红波;李博;金樟圭;王宇华;李龙;郭立玮;

污水处理再获“尖端武器”    东流

面向湿度调节的膜组件热质传递特性研究    李振兴

新型螺旋膜组件及其在水处理中的应用研究    徐晓静

螺旋膜组件流动与传质特性研究    王冠

机械膜组件的制备及其在废水处理中的应用    张艳

膜—生物反应器中新型膜组件的研制及其膜污染控制    杨硕

不同膜组件处理北江原水的中试效果对比分析    黎勐

膜生物反应器中新型膜组件的开发与试验研究    李勤军

膜分离传质过程中的流体力学模拟及膜组件优化    程洋洋

新型中空纤维超滤膜组件的开发及试验研究    陈志坚

新型并接式膜组件的设计及实验研究    贾立庄

中空纤维超滤膜的有机污染及清洗方法研究    肖建平