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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 纳 MTiO2 与纳滤膜在水处理中地应用作者：熊蓉春 雷晓东来源：论文天下论文网 i/ h- z5 k5 # V摘要：介绍了纳 M 科技特殊是纳MTiO2 光催化氧化技术和纳滤膜技术地原理及其在水处理中地作用及应用方法 ,认为崭新地纳 M 水处理技术地应用已为期不远 .+ r& # - T8 B g% W* q. O； v 关键词：纳 M 纳滤膜 光催化氧化技术 纳 M 科技研究在 0.1100 nm 尺度范畴内物质具有地特殊 性能及如何利用这些性能1.广义上 ,纳 M 材料是指在三维空间中 ,至少有一维达到纳 M 尺度范畴或以它们为基本单元所
2、构成地材料 .纳 M 材料在机械性能、磁、光、电、热 等方面与一般材料有很大地不同 ,它具有辐射、吸取、催化、吸附等新特性 .很多科学家研 究了纳 M 材料地这些特性及其对水体中地某些污染物地作用 将使水处理技术发生突破性地变化 . f3 q3 A1 F+ q6 c d,说明纳 M 科技 可能 1 纳 MTiO2 光催化氧化技术 2 x1 p$ X C .% + | 1.1 原理和特点 , h0 T+ C7 o% y D* f 自 1976 年 J.H.Cary 等人 2报道了在紫外光照耀下纳 MTiO2 可以使难降解地 多氯联苯脱氯以来 ,迄今已发觉有数百种有机污染物可通过光催化处理 .其作
3、用原理 3是,在紫外光照耀下 ,纳 MTiO2 表面会产生氧化才能极强地羟基自由基 OH, 使水中 地有机污染物氧化降解为无害地 CO2 和水 .纳 MTiO2 光催化氧化技术地优点是：降解速度快 ,一般只需几特别钟到几小时即可取得良好地废水处理成效；降解无挑选性 ,几乎能降解任何有机物 ,特殊适合于氯代有机物、多环芳烃等；氧化反应条件温顺,投 资少 ,能耗低 ,用紫外光照耀或暴露在阳光下即可发生光催化氧化反应；无二次污染 ,有 机物完全被氧化降解为CO2 和 H2O；应用范畴广 ,几乎全部地污水都可以采纳 况 - L A4 J& C8 C5 : b p+ o$ J* F% g: e- v+
4、X. 1.2 试验讨论情 1 有机磷农药废水处理.20 世纪 70 岁月进展起来地有机磷农药占我国农药产量地 80%以上 ,其生产过程中有大量地有毒废水产生 .目前对有机磷农药废水地处理多采纳生化法 ,处理后废水中有 机磷地含量仍旧高达 30 mg/L, 迄今尚无抱负地解决方法 .据报道4,采纳纳 MTiO2*.SiO2 负载型复合光催化剂 ,利用其光催化活性及高效吸附性,能使有机磷农药在其 表面快速富集 ,随光照时间地延长 ,有机磷农药地光解率逐步上升 ,光照 80 min, 试验用敌 百虫已完全降解 . 2 毛纺染整废水处理 .把表面 涂覆有纳 MTiO2 膜地玻璃填料填充于玻璃反应器内
5、,通过潜水泵使废水在反应器内循环进 行光催化氧化处理 5.由于纳 MTiO2 具有庞大地比表面积 ,与废水中地有机物 接触更为充分 ,可将它们最大限度地吸附在其表面 ,并快速将有机物分解成 CO2 和 H2O, 处理成效优于生物处理和悬浮光催化氧化处理 ,COD去除率和脱色率均较高 .催化剂能连续 使用,不需要分别回收 ,便于工业应用 ., j4 G. U, n* I+ T6 O/ I i, U； D p 3 氯代有机物废水处理 .日本东京高校野口真用纳 MTiO2 光催化剂与臭氧联合进行水 地净化处理 6.在模拟废水处理地实验中 ,以 16 mg/L 3-氯-酚地水溶液为模拟废 水,分别采纳
6、纳 MTiO2 光催化剂与臭氧联合、单独用光催化剂纳 MTiO2 和单独用 O3 三 种方法对其进行处理 .纳MTiO2 光催化剂与臭氧联合处理 2 h 后,3-氯酚地残留浓度已为 0 , 成效明显高于其他两种方法 .用内表面涂覆纳 MTiO2 光催化剂地陶瓷圆管处理 5.5 mg/ L 苯酚和三氯乙烯水溶液地试验说明,苯酚在 1.5 h 后完全分解 ,三氯乙烯也在 2 h 内完名师归纳总结 全分解 . e$ $ P$ y4 J7 T5 l1 _0 Z. P: C/ e2 a* X2 6 p 4 含油废水处理 .含第 1 页,共 5 页油废水中所含地脂肪烃、多环芳烃、有机酸类、酚类等有机物很难
7、降解 ,使用纳MTiO2, 利用 其光催化降解功能,可以快速地降解这些有机物7 .3 s# W: b. - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - j8 Y ； E N5 Z. x x# h4 h, p 1.3 应用前景 纳 MTiO2 光催化氧化技术在完全降解水中地有机污染物和可以利用太阳能等方面有着突 出地优点 ,特殊是当水中地有机污染物浓度很高或用其他方法难以处理时 ,具有更明显地优 势, 是其他传统方法无法比拟地 ,特殊是近年来高效率地光催化剂、纳 M 粒子负载和金属掺杂、 光电结合地催化方法以及太阳能技术地讨论开发,使纳 MTiO2 光催化氧化应用于水
8、处理领 域有着良好地前景 .目前 ,日本、美国、加拿大等国家已尝试把纳 MTiO2 光催化氧化技术 用于水处理 ,但大都处于试验室讨论阶段 ,关于工业规模地应用开发鲜有报道 .如何尽快实 现工程化 ,有待各相关领域地讨论人员进一步努力 ., w5 . q6 A n 2纳滤 M膜技术 R+ N5 h S a I8 A . x9 l6 |# 2.1 原理和特点 4 b 4 g8 D D. I0 Q u# V + k: p w. p1 u5 Z 膜分别是利用膜对混合物中各组分地挑选渗透作用性能地差异 ,以外界能量或化学位差为 推动力对双组分或多组分混合地气体或液体进行分别、分级、提纯和富集地方法 .
9、膜孔径处 于纳 M 级,相宜于分别分子量在2001000, 分子尺寸约为 1 nm 地溶解组分地膜工艺被 称为纳滤 NF.NF 膜分别需要地跨膜压差一般为 0.5 2.0 MPa, 比用反渗透膜达到同样地渗透能量所必需施加地压差低0.53 MPa. 依据操作压力和分别界限 ,可以定性地将 NF 排 在反渗透和超滤之间 ,有时也把 NF 称为 低压反渗透 或疏松反渗透 .20 世纪 70 岁月 J. E. Cadotte 讨论 NS-300 膜,即为讨论 NF 膜地开头 8.当时,以色列脱盐公司用 混合过滤 Hybrid Filtration 来表示介于反渗透与超滤之间地膜分别过程 ,后来美国地
10、 F ilm*.Tech 公司把这种膜技术称为纳滤,始终沿用至今 .之后 ,NF 进展得很快,膜组件于 80 岁月中期商品化 .目前 ,NF 已成为世界膜分别领域讨论地热点之一. k8 e/ V+ H. B. n NF 分别是一种绿色水处理技术 ,在某些方面可以替代传统费用高、工艺繁琐地污水处理方 法.其技术特点是：能截留分子量大于 100地有机物以及多价离子 ,答应小分子有机物和单价离子透过；可在高温、酸、碱等苛刻条件下运行 ,耐污染；运行压力低 ,膜通量高 ,装置 运行费用低；可以和其他污水处理过程相结合以进一步降低费用和提高处理成效.在水处理 中,NF 膜主要用于含溶剂废水地处理 ,能有
11、效地去除水中地色度、硬度和异味 .NF 膜以其 特殊地分别性能已胜利地应用于制糖、制浆造纸、电镀、机械加工以及化工反应催化剂地回 收等行业地废水处理 .； Q； C2 r Z j k& % v 2.2 试验讨论及应用情形 , M+ Z. c ； W6 E2 F 1 日用化工废水处理 .用 NF 膜处理日用化工废水地应用讨论说明9,NF 膜耐酸碱 ,有优良地截留率 ,对重金属有很好地去除率 ,不存在膜污染问题 .据估量 ,由于 NF 膜地 运行费用低于反渗透技术 ,对有机小分子有良好地脱除率 ,可能会掩盖 90%以上地日用化工 e+ w O. w 2 石油工业废水处理 .# l% L* D/ F
12、 t 石油开采和炼制过程中产生地含各种无机盐和有机物地废水废水处理 . p9 m9 J. 石油工业废水主要包括 ,其成分 特别复杂 ,处理难度大 .采纳膜法特殊是 NF 法与其他方法相给合 ,既可有效处理废水仍可以回收有用物质 .例如 ,先用 NF 膜将原油废水分别成富油地水相和无油地盐水相 ,然后把富油 相加入到新奇地供水中再进入洗油工序 ,这样既回收了原油又节省了用水 .以前多采纳反渗 透 和相分别结合地方法处理石油工业废水 ,但存在着膜污染严峻地问题 ,假如在反渗透前加一 NF 膜,就可以解决膜污染地问题 .石油工业地含酚废水中主要含有苯酚、甲基酚、硝基酚以及各类取代酚 ,此类物质地毒性
13、很大 ,必需脱除后才能排放 ,如采纳 NF 技术,不仅酚地脱除 率可达 95% 以上 ,而且在较低压力下就能高效地将废水中地镉、镍、汞、钛等重金属高价离 子脱除 ,其费用比反渗透等方法低得多10 . S5 U$ - U. Y. C4 N7 i1 R f& E, N6 U9 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 5 页精选学习资料 - - - - - - - - - u l8 E% 3 杀虫剂废水处理 .一般地水处理方法不能除去污染水中地低分子有机农药 .通过讨论 NF 膜对不含酚杀虫剂地截留性能11,发觉除了二氯化物以外 ,其他杀虫剂地截留 率均高于 96.7%, 全部杀虫剂
14、在 NF 膜上地吸附才能均受其疏水性地影响 .采纳 NF 处理含有酚 类杀虫剂地废水也特别有效 ./ _# u% j+ D； J9 W5 q E 4 化纤、印染工业废水处理 .NF 可以用于印染过程排水中染料及助剂地脱除和回用 .处 理染料聚合浆料时 ,由于大多数染料地分子量在几百到几千 ,NF 膜可以让一些无机盐或小分 子通过 ,而对较大地染料分子进行截取 ,粗染料浆液经 NF 系统后 ,染料可以富集 ,而无机盐 地浓度下降 ,脱盐率大于 98%,染料缺失率小于 0.1%, 而且可以在高温下运行 .此外,NF 仍 可以用于纤维加工过程中地含油废水地处理及回收再利用12.8 D- W. _ R
15、* Z2 s r 5 生活污水处理 .采纳常用地生物降解和化学氧化相结合地方法处理生活污水时 ,氧化剂地消耗很大 ,残留物多 .假如在它们之间增加一个 NF 系统 ,让能被微生物降解地小分子 分子量小于 100 通过,不能生物降解地有机大分子 分子量大于 100被截留下来经化学氧化 后再生物降解 ,这样就可以充分发挥生物降解地作用 ,节省氧化剂或活性炭地用量 ,降低最 终残留物地含量 13 . 6热电厂二次废水地治理及回收利用 .热电厂地二次废水主要来自冲灰、除尘及冷却系统 ,此类废水中含有大量地悬浮固体、灰份 这一类废水处理成工业回用水及高含量地盐份和部分有机物 .利用 NF 可以把.第一用
16、微滤除 去水中地全部悬浮颗粒 ,质量分数为 99% 地 BOD、98%地 COD 、73% 地总氮和 17%地总磷 ,同时将 水中地菌落总数降到 34 个/L,然后加酸降低 pH 以除去 CO2, 最终再经 NF 脱盐,达到锅 炉用水地质量 .澳大利亚太平洋热电厂地 Eraring 发电站目前已用 NF 对此类废水进行处理 , 每天处理 1 000 15 000 m3 废水 ,既减轻了市政供水系统地负荷 ,每年又可为热电厂节省 操作费用 80 万美元 .该热电厂预备扩大发电规模 ,用水量也相应增大 ,估量到 2022 年,处理 此类废水量将达 5 000 m3/d, 效益极其可观14. 7酸洗
17、废液处理 .钢厂地酸洗工序是将钢材浸入质量分数为 20%左右地硫酸酸洗槽中进行酸洗 .随着酸洗地进行 ,硫酸浓度逐步降低 ,硫酸亚铁浓度不断增高 ,当溶液中硫酸地质量 分数降至 6%8% 、生成地硫酸亚铁浓度超过200 250 g/L 时,酸洗速率下降 ,必需更 换酸洗液 ,排放酸洗废液 .酸洗好地钢材必需用清水进行冲洗以除去表面地酸性物质 ,又造 成了废酸水地外排 .为了爱护环境 ,节省资源 ,可采纳 NF 工艺处理酸洗废液 .利用 NF 膜对硫酸和硫酸亚铁截留率地不同 ,先将硫酸亚铁截留在浓缩液中,然后将浓缩液送入冷却结晶罐, 冷却结晶出 FeSO4 7H2O ；透过液再经能截留硫酸地另一
18、NF 膜组件 ,截留后浓缩为20% 地 硫酸,再生酸液回收利用 ,透过液就排至废酸水站 ,进一步处理排放或回收 .这一工艺回收 了硫酸和硫酸亚铁 ,同时实现了酸洗废液地回收综合利用和废酸水达标排放地目地 15 .% I/ _- E% _+ a+ S4 f7 Z Z/ q1 f 8 造纸废水处理 .采纳 NF 膜技术替代传统地化学处理 法能更为有效地除去深色木质素 .木浆漂白过程产生地氯化木质素 是带负电地 ,简单被带负电性地 NF 膜截留 ,并且对膜不会产生污染 .另外 ,由于整 个处理过程中对阳离子 Na+ 地脱除率并没有严格要求,采纳反渗透技术就显得没有必要 . 采纳超滤 /纳滤处理牛皮纸
19、制造废水有很好地成效 16 .7 l1 | W2 u7 a3 M D. N2 U Y Y 2.3 前景 0 k C0 m& d+ U% o1 U# B NF 膜对水中分子量为几百地有机小分子具有分别性能 ,对色度、硬度和异味有很好地去除 才能 ,并且操作压力低 ,水通量大 ,因而将在水处理领域发挥庞大地作用 .目前 ,在 NF 膜 地制备、表征和分别机理方面 ,仍有大量地技术问题需要解决 ,尚需要开发廉价而性能优良地膜 ,并能供应应用户各种精确名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 5 页精选学习资料 - - - - - - - - - 地膜性能参数,这些都是纳滤技术在废水处理
20、及其他应用中地关键 .- C/ _& z. T4 w$ K* 3 V, 0 R& 0 x2 P% h7 : C 3 可用于水处理地其他纳 M技术 除了纳 MTiO2 和 NF 技术之外 ,仍有很多其他纳 M 技术也可用于水处理17.例 如,一些废水中含有贵金属金、钌、钯、铂等对人体特别有害地物质 ,其排放不仅污染环境 , 也是对资源地铺张 ,采纳纳 M 技术可以将废水中地贵金属完全提炼出来 ,变害为宝 .一种新 型地纳 M 净水剂具有很强地吸附才能和絮凝能力,是 AlCl3 地 10 20 倍,可以将废水中地悬浮物完全吸附并沉淀下来.采纳纳M 磁性物质 ,能有效地去除水中地铁锈、泥沙等污染物和
21、异味 + w+ V+ D* m* g$ $ A% t/ z9 o- M9 u； n# D7 D 4 结语 纳 M 科技是一门新兴地学科 ,其在水处理中地应用才刚开头 ,但已初显端倪 .可以预见 ,随着讨论工作地不断深入和有用化水平地提高 ,纳 M 水处理技术 将在 21 世纪得到进展 ,并对解决全球性地水荒和水体污染问题起到特别重要地作用 . - Q. n3 : q% |0 r V 参考文献8 v8 M8 F$ l6 G. |1 K. u7 x 3 w+ I& B9 J- L$ 4 a7 W+ L0 B 1 张立德 ,牟季美 .纳 M 材料和纳 M 结构.北京：科学出版社 ,2001.2 9
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