低压膜水处理应用程序

文摘

三个超滤膜使用相分离技术准备。膜的特点是扫描电子显微镜,孔隙度、孔隙大小分布测量,机械性能。膜的性能进行了使用合成解决方案从腐殖酸和自来水来表达被污染的饮用水。的聚乙二烯二氟化物(M2)抗拉强度最高33.2 MPa的伸长52.3%,而聚丙烯腈(M3)最低的力学性能,抗拉强度16.4 MPa延伸率为42.7%。Polyethersulfone膜(M1)提供了腐殖酸的去除最高,为99.5,98.8,98.2%,使用饲料的浓度0.1,0.3,和0.5 g / l,分别在M3提供最高的渗透通量250,234.4和201.4 l / m²h使用进料浓度0.1,0.3和0.5 g / l,分别。水样的分析表明,准备膜可以用于治疗产生的污染饮用水处理后的高质量的饮用水。

1。介绍

淡水是人类生活的重要资源和生态系统。地上覆盖着72%的水分,而97%的水是不适合喝,因为它是咸的水(1- - - - - -3]。

此外,人口增长导致需求越来越饮用水的数量和质量。虽然有地下水和河流在许多地方,他们都受到不同程度的污染。现代工业和城市化导致许多这样的污染(1,2]。

在过去的几十年里,选择膜技术在海水淡化和污水净化技术。这归因于其效率高、节能,高容量,低成本,简化了操作生产清洁的水(4,5]。

最常见的膜用于废水处理的聚合物膜。灵活性,机械特性(如弹性强度),化学和热稳定性除了烫因素使聚合物材料的高选择性膜行业的首选水净化(6- - - - - -10]。

最常见的膜过程等对污水处理是一个压力过程(11,12]。图1说明了分类的驱使膜过程。聚合物膜可以分类根据其孔隙大小和过滤过程。根据这个,膜分为微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)和反渗透(RO)。MF的孔隙大小范围从1到0.1μm。它适用于分离胶体、大分子,细菌和其他微粒。超滤膜孔径在0.1到-0.01之间μ分离出病毒/大分子和高分子量的溶质为滞留物,让水或低分子量溶质通过毛孔。纳滤(NF)膜表面致密膜去除二价离子和三价离子与孔隙大小0.1到-0.001之间μ米,单价离子分离使用反渗透膜(11- - - - - -15]。

超滤分离技术已受到更多的关注,水净化,可用于食品、医药、生物技术、造纸、和乳制品行业(11]。最常见的超滤高分子膜材料,包括聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚乙烯(PE)、聚砜(PSF), polyethersulfone (PES)和聚丙烯(PP),一般选为骨架材料的膜(11- - - - - -14]。

膜的主要问题是污染,导致渗透通量下降,去除百分比,降低膜过滤操作期间生活。根据膜的过程,可以分为无机污染、污染胶体污染,有机污染和生物淤积5,6]。因此,制备的防污膜是一种常见的策略来解决这个问题,因为污染导致膜孔堵塞。因此,防污膜可以帮助减少对能源的需求。这些膜具有亲水性,表面平滑,杀生的属性,避免foulants在膜表面的积累7- - - - - -9]。

在这个工作,三个超滤膜是由逆相技术。使用扫描电子显微镜表征了膜,机械测试、孔隙度和孔隙大小的决心。膜性能测试使用合成解决方案腐殖酸污染的饮用水,污水废水污染的饮用水。

2。实验工作

2.1。材料

Polyethersulfone (PES)从巴斯夫(德国)购买。聚乙二烯二氟化物(PVDF)和聚丙烯腈(PAN)是从Sigma-Aldrich公司购买的。N-Methyl吡咯烷酮(NMP)作为溶剂,90 K聚乙烯吡咯烷酮(PVP K90)被用作毛孔前,他们从罗斯购买(印度)。

2.2。膜制备

PES / PVP共混膜使用相位反转技术准备。图2说明了这种技术的步骤总结。

栓塞形成后症状(PES)的和PVP K90都溶解在N-methyl吡咯烷酮(NMP)。混合搅拌45°C下10 h。PVDF / PVP膜也准备使用相转化过程,和混合过程(使用电磁搅拌器)进行了8 h。锅/ PVP混合膜也是由逆相,和混合进行6 h。聚合物的比例混合成分表中描述1。200年的湿膜厚度建造μm玻璃板上凝固浴被浸泡在水中。了膜膜形成后,存储在蒸馏水,直到使用。

2.3。膜的表征

2.3.1。扫描电子显微镜

调查准备混合膜形态、扫描电子显微镜(JEOL 5410)是与黄金涂层后样品表面使用。下样品的检查进行了20 kV和6000倍的放大。

2.3.2。机械性能

H5KS TINIUS奥尔森机械系统被用来调查准备样品的抗拉强度。样品测试在室温(25°C)在单轴拉伸的速度0.5毫米/分钟。

2.3.3。孔隙度测量

密度计是一个公认的标准方法来测量膜的孔隙度和空气渗透率。Gurley标准密度计是用于调查我们的样品面积约25厘米²。

孔隙度是由知道湿样品的重量和相同的样品干燥后达到稳定值。下面的方程被用来计算孔隙度 在哪里代表了有效面积(cm²),厚度(cm),纯水的密度(g厘米³)。以确保最小误差,计算重复的五倍多,平均价值被记录。

2.3.4。孔隙大小分布测量

准备的混合膜孔隙大小分布是决定使用Brunauer-Emmett-Teller(打赌)方法,模型的选择器(Quantachrome chembet - 3000)。长带的样品与已知重量是放置在打赌仪器(玻璃列),它是干燥和脱气3 h在80°C。平均面积是由使用一个选择单点(13,16]。

2.3.5。膜的性能

实验室的细胞由送料槽、终端膜细胞,蠕动泵,如图3。测试膜的有效面积是13.86厘米²。

的模拟污染水,胡敏酸的合成解决方案不同浓度(0.1,0.3,和0.5 g / l)和盐水混合(500 ppm)是用于调查膜性能。

所有膜的渗透通量和分离比例计算从方程(2)和(3)[16]: 在哪里是渗透体积(左),是有效膜面积(m²),渗透时间(h)。

在哪里和渗透和饲料中溶质的浓度,分别。

3所示。结果与讨论

3.1。膜制备和表征

3.1.1。扫描电子显微镜

三个不同的共混聚合物膜成功通过湿相转化方法制作的。图4说明了准备样品的表面形态。很明显从图,三个样品表现出不同大小的多孔膜的上表面。PVP,作为造孔剂,使一个好的膜表面的孔隙分布,导致增加在膜的大孔隙,降低顶部的致密的膜层(17]。M2代表PVDF膜在膜的表面显示的最小孔隙大小与PES和锅相比,因为PVDF的分子量是最高的,这是390000克/摩尔,PES 62000克/摩尔和锅53000克/摩尔。M3代表了PAN膜具有高度同质多孔表面(18,19]。

3.1.2。机械性能

图5演示了一个对比的抗拉强度和延伸率% 3聚合物混合M1, M2, M3。曲线表明,膜平方米最高最抗拉强度(33.2 MPa) 52.3%的伸长,而M3机械性能最低。它的抗拉强度约为16.4 MPa的伸长42.7%,而M1膜的抗拉强度约为24.4 MPa的伸长率44.75%。所以准备样品的抗拉强度可以下令M2 > M1 > M3。

虽然聚丙烯腈(PAN)膜(M3)的最高水平的孔隙度与其他膜相比,它必须湿测试期间以及在应用程序。这是由于微裂隙的形成表面膜干,这反过来又降低了其力学性能特别是其抗拉强度。这可以解释抗拉强度低的原因。聚乙二烯二氟化物(PVDF)膜(M2)代表一个常见的膜具有较高的机械强度和热化学稳定性和高的疏水性。聚合物链的PVDF在极地曲折确认高偶极矩,可以表现出有趣的电活性,导致制备膜的高机械性能(16]。Polyethersulfone (PES)膜具有较高的水解强度在很大范围内的pH值(2 - 12)和热化学稳定性也高。其机械性能代表之间的中间PVDF和湿膜盘,如图5。

3.1.3。孔隙度测量和孔隙大小分布

表2说明了整体孔隙度百分比和平均孔径的膜。结果表明,聚丙烯腈(PAN)膜(M3)的孔隙度为75.3%,最高而polyethersulfone (PES)膜(M1)的孔隙度为66.8%,聚乙二烯二氟化物(PVDF)膜(M2)的孔隙度为65.1% (19,20.]。平均孔隙大小表明制备膜的超滤膜,制备膜的孔隙大小(18.2到33.6海里)与超滤膜孔隙大小的范围从2纳米到100纳米(13,16]。

3.2。膜性能测试

胡敏酸解的0.1,0.3,和0.5 g / l与自来水混合使用的膜性能测试。数据6和7显示了膜的性能的腐殖酸去除百分比和渗透通量。图6表明PES膜(M1)提供了最高的腐殖酸的去除,99.5,98.8,98.2%,进料浓度0.1,0.3,和0.5 g / l。去除比例最低的是97.6,95.7,93.4%,PAN膜(M3)的进料浓度0.1,0.3,和0.5 g / l。然而,PAN膜渗透通量最高(M3)提供了250,234.4和201.4 l / m²h为进料浓度0.1,0.3,和0.5 g / l,分别如图7,而M1和M2渗透通量具有可比性。Polyethersulfone聚合物有两组,醚组和砜链,所以膜表面疏水/亲水特性。因此,使用PVP改善PES膜表面的亲水特性,这将导致提高膜的渗透通量和删除百分比。PVDF膜疏水性高,所以使用PVP提供了一个轻微的改善表面的亲水特性;因此,PES (M1)将提供更少的污染与PVDF (M2)的多晶型物PVDF可导致各种PVDF表面之间的相互作用和喂养方案导致表面污垢。锅(M3)提供最低的去除和高渗透通量由于膜的孔隙度如表所示2。潘high-hydrophilic膜,但膜是脆弱,干燥后可能发生的聚合可以反对它的应用程序(17,20.- - - - - -22]。讨厌等人研究了超滤膜polyethersulfone的性能后的亲水改性剂在膜制备过程;实验进行了长期使用聚乙二醇600和环氧乙烷作为喂养的解决方案。结果表明高液压阻力PES、流量成反比,所以在50 h,通量下降。应用连续阶段喂养和洗涤表明通量减少在第一个6 h和80 h后达到稳定状态;通量的下降与平均孔径和孔隙结构。讨厌等人还研究了PES-LSMM膜通量使用真实的河水喂食,结果表明通量没有显著下降;它举行,而稳定在渥太华河水过滤测试(23]。

Narbaitz等人研究了醋酸纤维素膜的改性,通过融合带电表面增加其表面电荷。结果表明,增加工作压力导致渗透通量增加。然而,商业薄膜组成的复合聚砜、聚醚砜支持修改CA膜通量高于提供(24]。

自来水总分析表明膜在饮用水处理的效果或净化。表3显示所有准备提供良好的分离膜的浊度,COD, BOD,虽然没有分离di -或三价离子,因为超滤膜分离有机物,高分子量物质,细菌和病毒,但二价和三价离子需要纳滤膜。高浊度、COD和BOD自来水中相关的在水中腐殖酸样品模拟污水的污染水。准备膜具有良好的分离对COD和BOD尤其PVDF膜。这可以归因于最低孔隙度和孔隙大小与其他膜(22]。

4所示。结论

超滤膜使用相分离技术准备。的聚乙二烯二氟化物(M2)抗拉强度最高的33.2 MPa的伸长52.3%,而聚丙烯腈(M3)最低的力学性能,抗拉强度为16.4 MPa伸长的42.7%。

膜平均孔径表示准备膜的超滤膜,制备膜的孔隙大小(18.2到33.6海里)与超滤膜孔隙大小的范围从2纳米到100纳米。

Polyethersulfone膜(M1)提供了腐殖酸的去除最高,为99.5,98.8,98.2%,使用饲料的浓度0.1,0.3,和0.5 g / l,分别在M3提供最高的渗透通量250,234.4和201.4 l / m²h使用进料浓度0.1、0.3和0.5 g / l,分别。

水样的分析表明,准备膜可以用于治疗污染饮用水生产高质量的饮用水治疗后,治疗后浊度、COD、BOD膜达到世界卫生组织标准的饮用水。

数据可用性

数据与相应的作者在请求。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者扩展他们的升值Deputyship的研究与创新,在沙特阿拉伯,教育部资助这个研究工作通过项目IFT20132数量。

引用

1. b . Nicolaisen膜水处理技术的发展,“海水淡化,卷153,不。1 - 3、355 - 360年,2003页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
2. m . m .发展和e . m . Hoek“回顾水处理膜纳米技术,”能源与环境科学,4卷,不。6,1946 - 1971年,2011页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
3. m·a·香农·w·博翰m .以利米勒j·g .皮质b . j .码头和a . m .梅”科学和水净化技术在未来几十年,”纳米科学与技术,第346 - 337页,2010年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. 诉Kochkodan、d·j·约翰逊和n .希拉”聚合物膜:表面改性(生物)胶体污染最小化,“胶体与界面科学的进步卷,206年,第140 - 116页,2014年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. 诉Kochkodan n .希拉尔,“一个全面的综述表面改性聚合物膜的生物淤积缓解、”海水淡化卷,356年,第207 - 187页,2015年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. m . Rezakazemi a . Dashti h . Riasat Harami, n . Hajilari Inamuddin,“Fouling-resistant膜对水的重用,”环境化学信,16卷,不。3、715 - 763年,2018页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. c·a·c . van de Lisdonk j . a . m . van Paassen和j . schipper”监测扩展在纳滤和反渗透膜系统中,“海水淡化,卷132,不。1 - 3、101 - 108年,2000页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. 李,j . Kim和学术界。李”,分析CaSO4规模形成机制在不同纳滤模块”《膜科学,卷163,不。1,第74 - 63页,1999。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. C.-J。林、美国Shirazi和p . s .释迦”关闭“卡索机械模型₄纳滤膜污染”Che-Jen林、Saqib Shirazi Pritesh Rao,”环境工程学报,卷133,不。9日,第943 - 942页,2007年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. l .歌曲和g·辛格各种单价阳离子和钙离子的影响胶体污染潜力,”胶体与界面科学杂志》上,卷289,不。2、479 - 487年,2005页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
11. m·乌布利希“先进功能高分子膜”,聚合物卷,47号7,2217 - 2262年,2006页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. y Yampolskii,“聚合物气体分离膜”,大分子,45卷,不。8,3298 - 3311年,2012页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
13. e . s . Mansor h·阿卜杜拉,a·沙”制造的高选择性混合膜基于聚乙烯醇的结晶紫染料去除,”环境化学工程杂志》上,8卷,不。3,第103706条,2020年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
14. M.-Y。周,张平,L.-F。方et al .,“带正电的超滤膜及其属性移除微量金属阳离子通过静电排斥机制,“《有害物质卷,373年,第175 - 168页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
15. c c。太阳,M.-Y。周,j j。元et al .,”规范阴离子聚合纳米粒子为分散相纳米通道尺寸,”《膜科学第118076条,卷。604年,2020年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
16. h·阿卜杜拉·r·塔曼,d . Elgayar来说,h·法拉克,“抗菌混合聚偏二氟乙烯膜/聚乙烯亚胺盐石油乳液分离,“欧洲聚合物杂志》卷,108年,第553 - 542页,2018年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
17. w x y黄,d . Wu Wang黄,d .无法无天,x,“从水中去除重金属的使用聚乙烯胺通过polymer-enhanced超滤和絮凝,“分离与纯化技术卷,158年,第136 - 124页,2016年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
18. m . Sarbolouki”的通用图估算孔隙大小的超滤和反渗透膜,“分离科学与技术,17卷,不。2、381 - 386年,2006页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
19. b . Chakrabarty a . k . Ghoshal, m . k . Purkait”分子量的PEG对膜形态的影响和交通特性,”《膜科学,卷309,不。1 - 2、209 - 221年,2008页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
20. m·诺曼·e·施密特,“Polymer-enhanced超滤过程重金属去除工业废水,”海水淡化,卷256,不。1 - 3、90 - 93年,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
21. a h·阿卜杜拉,t·s·贾米尔·沙e . s . Mansor和e . r . Souaya”影响的聚丙烯腈超滤膜混合制作的比例腐殖酸去除性能,”聚合物工程杂志,38卷,不。2、129 - 136年,2018页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
22. 我们联盟,APH协会,水和废水的标准检测方法美国公共卫生协会(APHA),华盛顿特区,2005年美国。
23. h . t .见鬼,r . m . Narbaitz t .松和k . c . Khulbe”比较的商业和实验通过超滤膜表面性质分析和污染测试,”水质研究杂志41卷,第93 - 84页,2006年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
24. r . m . Narbaitz d . Rana h . t .党et al .,“制药和个人护理产品去除饮用水的改性醋酸纤维素膜:实地测试,”化学工程杂志卷,225年,第856 - 848页,2013年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索

版权

版权©2020 Huda AlFannakh等。这是一个开放的分布式下文章知识共享归属许可,它允许无限制的使用、分配和复制在任何媒介,提供最初的工作是正确引用。