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均相离子交换膜的研制及电渗析法处理高盐度高COD废水的研究

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摘要

STUDIES ON PREPARARTION OF HOMOGENOUS ION EXCHANGE

ABSTRACT

第一章 文献综述

1.1高盐度高COD废水的来源及特征

1.1.1高盐度高COD废水的来源

1.1.2高盐度高COD废水的特征

1.2高盐度高COD废水处理现状

1.2.1国内外已有对高盐度高COD废水处理技术

1.2.2高盐度高COD废水回用技术存在的问题

1.3电渗析技术简介

1.3.1电渗析器的工作原理

1.3.2离子交换膜的制备

1.3.3离子交换膜的选择透过性机理与应用

1.3.4离子交换膜污染机理及清洗方法

1.4聚偏氟乙烯在膜技术中的应用

1.4.1聚偏氟乙烯膜的性质

1.4.2聚偏氟乙烯膜的改性研究

1.4.3聚偏氟乙烯膜

1.4.4硅烷偶联剂改性后的SiO2在膜技术中的应用

1.5 本论文课题的提出

1.5.1课题研究的意义

1.5.2 课题研究的内容

第二章 实验装置及方法

2.1实验材料及仪器

2.1.1实验材料

2.1.2实验仪器

2.2制备方法

2.2.1改性二氧化硅的制备

2.2.2聚偏氟乙烯阳离子交换膜的制备

2.3离子交换膜的性能分析及分析方法

2.3.1离子交换容量(IEC)的测定

2.3.2含水率的测定

2.3.3膜的水通量测试

2.3.4膜的化学稳定性的测定

2.4 试验水样分析项目和检查方法

2.4.1聚丙烯酰胺浓度的测定

2.4.2测定HPAM在离子交换膜上的吸附方法

2.4.3水样电导率的测定

2.5电渗析装置组成及性能测定

2.5.1电渗析装置

2.5.2电渗析装置的操作

2.5.3电渗析装置技术参数的测定

2.6 小结

第三章 电渗析降低溶液矿化度的试验

3.1电渗析脱盐试验装置及材料

3.2电渗析器的规格和主要参数

3.3电渗析脱盐试验参数优化

3.3.1 电压对脱盐率的影响

3.3.2流量对脱盐率的影响

3.3.3 电压对能耗和脱盐时间的影响

3.3.4流量对能耗和脱盐时间的影响

3.3.5 脱盐时间随电压和流量的变化

3.4小结

第四章 改性离子交换膜的制备与性能表征

4.1二氧化硅的改性

4.1.1二氧化硅的性质

4.1.2 硅烷偶联剂改性二氧化硅

4.2制备改性离子交换膜的实验方法

4.2.1正交设计实验优化实验配方

4.2.2正交试验结果分析

4.2.3最佳制备方案的确定

4.3最佳铸膜液配制方案验证

4.3.1改性SiO2加入量对离子交换膜的影响

4.3.2丙烯磺酸钠加入量对离子交换膜的影响

4.3.3聚偏氟乙烯加入量对离子交换膜的影响

4.3.4 最佳条件下制备的膜的参数

4.4 本章小结

第五章 降低高盐度高COD废水矿化度的试验研究

5.1 引言

5.2 试验所用材料

5.2.1试验所用高盐度高COD废水的配制

5.2.2 试验所用离子交换膜

5.3离子交换膜的脱盐效果

5.3.1电压和流量对PVDF离子交换膜脱盐效果的影响

5.3.2 脱盐率随脱盐时间的变化

5.4 HPAM对脱盐实验的影响

5.4.1 HPAM浓度对脱盐时间的影响

5.4.2 商品膜与改性SiO2/PVDF阳离子交换膜的脱盐实验比较

5.4.3 聚合物对脱盐时间的影响

5.5 离子交换膜的污染与清洗

5.5.1温度HPAM在离子交换膜上的吸附

5.5.2 受HPAM污染的离子交换膜清洗

5.6 本章小结

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

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摘要

油水分离后的油田含聚采油废水是一种高盐度高COD废水,处理排放成本较高,该废水处理后作为聚合物驱溶液的配制用水使用,实现含聚污水的重复利用,达到保护环境和资源的可持续利用,具有良好的经济效益、社会效益和环境效益。实现高盐度高COD废水的回收利用关键问题是如何降低含盐量,即降低废水矿化度。采用电渗析技术处理高盐度高COD使其达到重复利用和外排的标准,是目前国内外的研究热点之一。为提高电渗析装置的脱盐效率,开发一种离子交换容量大、机械性能好、膜电阻小、抗污染的离子交换膜成为急需解决的重要课题。 聚偏氟乙烯是由偏氟乙烯均聚后得到的一种线性半结晶性聚合物,是一种具有耐高温、耐溶剂和高强度等性质的优良制膜材料。本课题利用化学性质稳定的PVDF为离子交换膜的主体骨架,丙烯磺酸钠为带功能基团的单体,通过浸没沉淀相转化法制备了一种掺杂硅烷偶联剂改性SiO2的杂化PVDF阳离子交换膜,全方位考察了PVDF含量、丙烯磺酸钠含量、改性SiO2和引发剂过氧化苯甲酰(BPO)含量对阳离子交换膜的离子交换容量、水通量或含水率的影响。结果表明PVDF量的增加使膜的结构更加紧密,但使膜的含水率降低;丙烯磺酸钠的增加提高了膜的离子交换容量和含水率;改性SiO2量的增多使膜的水通量增加,含水率增加;引发剂BPO的加入量对膜性能的影响较小。优化的制膜条件为:PVDF的含量为20.0%,丙烯磺酸钠的含量为18.0%,改性SiO2的含量为0.02%,引发剂BPO的含量为0.10%。膜的纯水通量为11.0 L·m-2·h-1;含水率为38.0%;离子交换容量为1.48mmol/L;膜厚度为160μm。 本课题采用实验室小型电渗析装置进行了脱盐实验,确定了电渗析装置的工作电压和浓、淡水的流量。对商品阳离子交换膜与本课题制备的改性SiO2/PVDF阳离子交换膜在相同工作条件下对电解质溶液的脱盐效果进行了比较。证明添加硅烷偶联剂改性的SiO2提高了PVDF膜的脱盐能力,并降低了离子交换膜受到HPAM污染的程度,表明改性SiO2/PVDF阳离子交换膜具有较强的抗污染能力。

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