氧化石墨烯-多壁碳纳米管低压膜抗污染性能研究

为提高碳纳米材料低压膜污染的可恢复性和强化其灭菌效果,本研究将氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)与聚乙二醇(Polyethylene glycol,PEG)非共价改性后的多壁碳纳米管(Multi-walled carbon nanotube,MWCNT)以两种结构形式(共混式/嵌入式)负载到0.45 μm聚醚砜片式膜表面,制备了共混式/嵌入式GO-MWCNT低压膜.进而研究了GO-MWCNT不同结构形式对处理典型污染物(牛血清蛋白、腐殖酸、海藻酸钠)过程中膜污染情况的影响.实验结果显示,MWCNT中GO的添加,可使碳纳米材料膜孔径分布更集中,纯水通量在2.011 L·m^-2·h^-1·kPa^-1以上,属于低压膜的运行范围.在处理小尺寸牛血清蛋白的膜滤过程中,采用共混结构(M系列)的GO-MWCNT膜,缓解污染效果优于顶层嵌入结构(I系列);在处理较大尺寸的腐殖酸、海藻酸钠的膜滤过程中,采用顶层嵌入结构(I系列)的GO-MWCNT膜,缓解污染效果优于共混结构(M系列).GO的添加使得碳纳米材料低压膜的抗蛋白质黏附性能得到有效提高,在保证膜表面粗糙度不会大幅度提高的前提下,添加0.2 mg GO的抗蛋白黏附效果优于添加0.5 mg GO.共混式/嵌入式GO-MWCNT膜均可以充分发挥GO边缘切割杀菌作用,GO投加量与灭菌性能呈正相关.其中,共混结构(M系列)的GO-MWCNT膜灭菌效果优于顶层嵌入结构(I系列).     

XDLVO理论解析不同离子条件下海藻酸钠微滤膜污染

应用extended Derjaguin-Laudau-Verwey-Overbeek(XDLVO)理论定量解析海藻酸钠微滤膜污染中界面微距作用力,探讨不同离子条件对膜污染影响的主控机制.结果表明,对于亲水性膜表面,范德华力促进膜污染,极性作用力阻碍膜污染;而对于疏水性膜表面,范德华力减缓膜污染,极性作用力加速膜污染.海藻酸钠与微滤膜接触时双电层作用力对膜污染贡献相对微弱.离子强度及钙离子对海藻酸钠微滤膜污染的影响主要是通过改变极性作用力来实现的.较高的离子强度会降低极性作用力的排斥性或升高极性作用力的吸引性,从而加重海藻酸钠微滤膜污染.虽然钙离子使出水通量急速下降,但钙离子的存在使得物理清洗效率提高.不同离子条件下初始阶段及后期阶段污染趋势K分别与膜-海藻酸钠粘附自由能及海藻酸钠-海藻酸钠粘聚自由能具有良好的线性相关性,表明XDLVO理论适用于描述不同离子条件下海藻酸钠微滤膜污染行为.     

xDLVO理论解析微滤膜海藻酸钠污染中pH值影响机制

用extended Derjaguin-Laudau-Verwey-Overbeek(xDLVO)理论定量解析不同pH值下海藻酸钠微滤膜污染过程中的界面相互作用,评价范德华力(LW)、双电层作用力(EL)、极性力(AB)对海藻酸钠微滤膜污染的相对贡献.结果表明,在pH5~9范围内,AB相互作用能起着关键作用,决定了总界面相互作用能的性质与强度.不同pH值下海藻酸钠微滤膜污染趋势(K)为pH 5 > pH 7 > pH 8 > pH 9. 由于与海藻酸钠之间的界面作用为引力,疏水性膜在过滤初期膜污染更为严重;污染后期亲、疏水性膜污染行为差异不明显,因为此时海藻酸钠之间的排斥性界面作用为主导.初始、后期阶段K值分别与膜-海藻酸钠界面自由能、海藻酸钠-海藻酸钠界面自由能有较强的线性相关性,说明xDLVO理论可以有效预测不同pH值下海藻酸钠微滤膜污染行为.     

PVC/PES相容性及对共混超滤膜性能的影响

研究了聚氯乙烯(PVC)与聚醚砜(PES)共混体系相容性及其对共混膜性能的影响。利用溶解度参数原则和混合热焓原则进行理论预测,用铸膜液粘度法进行实验表征,均说明该体系为部分相容体系,且其相容性与组成及共混温度有关。通过对共混膜传质特性的考察,表明铸膜液的相容性会明显影响共混膜的性能;采用共混法可以改善膜性能。     

不同载体固定化藻菌共生系统的脱氮除磷效果

分别以聚乙烯醇(以下简称PVA)和海藻酸钠为固定化载体,在包埋蛋白核小球藻的基础上, 研究了固定化小球的制备方法;将小球用于城市污水的脱氮除磷过程中比较了 PVA和海藻酸钠的传质效果,并对各自的脱氮除磷效果进行了评价。结果表明,PVA是比海藻酸钠更为合适的固定化载体材料。     

聚氯乙烯与聚醚砜共混平板膜的研究

采用剪切黏度法、稀溶液黏度法对聚氯乙烯(PVC)/聚醚砜(PES)共混体系的相容性进行了研究。然后采用液-固相转化法制备了PVC/PES共混膜,并对共混膜的性能进行表征。PVC/PES共混体系为部分相容体系;稀溶液黏度测试结果和共混膜断面的电镜扫描(SEM)图表明,共混比为9/1,8/2,7/3,2/8及1/9时,共混体系是相容的。膜性能测试结果表明,PES的加入可以明显提高PVC膜的水通量、拉伸强度和韧性。通过对水通量和机械性能的比较,共混比为7/3时,膜的水通量和机械性能比较好。     

PVC/PU共混超滤膜性能研究

PVC膜对糖类化合物有较强的排斥力,但其亲水性差,而聚氨酯有较强的亲水性,本课题研究聚氯乙烯(PVC)与聚氨酯(PU)的共混膜,探讨相转化法制备PVC/PU共混超滤膜的性能。实验结果表明:当聚合物质量分数为16%,m(PVC)/m(PU)以8/2(质量分数)共混时,可制的水通量、截留率较好的多孔膜。     

两亲性共聚物共混PVDF超滤膜的界面性质与抗蛋白质污染的研究

考察了两亲性共聚物聚氧乙烯/聚氧丙烯/聚氧乙烯[PEO-PPO-PEO(F127)]共混聚偏氟乙烯(PVDF)铸膜液,在水相凝胶浴中的相转化动力学过程.结合衰减全反射傅立叶转变红外光谱(ATR-FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)等表征手段,分析了F127含量在PVDF膜表面的PEO富集率、膜微观形貌及结构参数的影响规律.以静态吸附量、过滤比通量衰减及膜污染阻力模型,评价了F127/PVDF共混膜对牛血清蛋白(BSA)的抗污染性能.结果表明随着F127添加量增大,相转化延迟分相行为增强,膜表面及内部孔径和孔隙率升高,表面粗糙度增大,膜面PEO富集率的增幅在F127含量达15%后趋于稳定.F127含量在15%~25%之间的共混膜有较高的渗透通量和BSA截留率,静态吸附量低,比通量衰减速度慢,不可逆污染指数低,堵孔阻力及滤饼层阻力分布系数小,表现了良好的抗污染性能.     

固定化白地霉处理高硬度及高矿化度岩溶水的研究

为了使白地霉固定化小球处理太原市地下岩溶水达到最佳絮凝效果,分别研究了白地霉菌体的最佳扩大培养条件.同时,分别选用海藻酸钠(SA)、聚乙烯醇-海藻酸钠(PVA-SA)及聚乙烯醇-海藻酸钠-明胶(PVA-SA-明胶)作为固定化剂,固定化白地霉菌体,进行絮凝性能分析.最后,确定了固定化小球处理岩溶水的最佳搅拌时间及投加量,并与六水合氯化铝、自制三元复合吸附剂及壳聚糖的5%冰醋酸溶液的絮凝效果进行了比较.结果表明,将白地霉种子培养基按3%的接种量接入白地霉扩大培养基3中进行扩大培养,可在第2d获取活性较好的大量白地霉菌体进行固定化.处理岩溶水时应选用PVA-SA-明胶固定化的白地霉小球,并在其投加量为4g·L-1、搅拌时间为60min时,对岩溶水矿化度、硬度的最大絮凝率分别为96.88%、50.00%.经与化学混凝剂絮凝性能对比发现,微生物絮凝剂具有操作简便、无二次污染、絮凝效果较好的优点.     

聚氯乙烯(PVC)/聚苯砜(PPSU)共混膜的研制

采用相转化法制备了PVC/PPSU共混膜,研究PVC/PPSU共混体系的相容性,共混比和聚合物含量对共混膜性能的影响,最佳共混膜与PVC膜及PPSU膜的水通量、抗拉强度的比较。研究结果表明:共混体系为部分相容体系,共混膜较PVC膜及PPSU膜在水通量、抗拉强度及污水过滤性能方面有较大程度提高,在共混比为5/5及聚合物含量为16%~22%时共混膜的综合性能较好。     

Adsorptive removal of iron and manganese ions from aqueous solutions with microporous chitosan/polyethylene glycol blend membrane

Microporous chitosan (CS) membranes were directly prepared by extraction of poly(ethylene glycol) (PEG) from CS/PEG blend membrane and were examined for iron and manganese ions removal from aqueous solutions. The different variables affecting the adsorption capacity of the membranes such as contact time, pH of the sorption medium, and initial metal ion concentration in the feed solution were investigated on a batch adsorption basis. The affinity of CS/PEG blend membrane to adsorb Fe(II) ions is higher than that of Mn(II) ions, with adsorption equilibrium achieved after 60 min for Fe(II) and Mn(II) ions. By increasing CS/PEG ratio in the blend membrane the adsorption capacity of metal ions increased. Among all parameters, pH has the most significant effect on the adsorption capacity, particularly in the range of 2.9-5.9. The increase in CS/PEG ratio was found to enhance the adsorption capacity of the membranes. The effects of initial concentration of metal ions on the extent of metal ions removal were investigated in detail. The experimental data were better fitted to Freundlich equation than Langmuir. In addition, it was found that the iron and manganese ions adsorbed on the membranes can be effectively desorbed in 0.1 mol/L HCl solution (up to 98% desorption efficiency) and the blend membranes can be reused almost without loss of the adsorption capacity for iron and manganese ions.     

再生聚丙烯增韧改性研究

对回收聚丙烯（RPP）进行增韧改性,制备回收聚丙烯,回收胶粉（RPP/WRP）和回收聚丙烯／热塑性弹性体POE（RPP／POE）共混材料,研究两种共混材料的韧性、力学、热、流变性能和形态。结果表明,RPP／WRP改性体系有较好的韧性和耐热性,较高的硬度,属于假塑性流体,回收胶粉可以部分替代POE作为某些制品的增韧剂。     

纳米TiO2薄膜在不同基质表面的负载及光催化性能

以釉面陶瓷和普通钠钙玻璃为载体,用溶胶凝胶法在其表面进行了纳米TiO2薄膜的负载.采用X射线衍射法(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)对薄膜进行了表征与分析.结果表明,TiO2为完全的锐钛矿型,平均粒径约为15nm;TiO2薄膜在2种载体上分布均匀,膜厚约为300nm;TiO2薄膜在釉面陶瓷表面呈连续分布,而在玻璃表面上出现了破裂现象;2种载体中的一些基质离子在TiO2薄膜均有渗透.光降解实验表明,2种载体上的TiO2薄膜对亚甲基蓝的降解均符合一级反应动力学.TiO2/釉面陶瓷催化活性大于TiO2/玻璃,该薄膜对实际生产多菌灵废水具有催化降解作用.2种载体上的TiO2薄膜重复使用20次,对亚甲基蓝的去除率降低约2%.     

车用柴油机燃用棕榈生物柴油的颗粒物排放特性研究

在满足国Ⅳ排放法规的车用柴油机上研究了燃用不同掺混体积比例的棕榈油生物柴油的颗粒物排放特性.试验中棕榈油生物柴油的掺混比例分别为0%、10%、20%、50%和100%,采用DMS500型快速颗粒光谱仪测试分析了发动机在外特性和负荷特性时的颗粒物数量浓度、质量浓度及粒径分布.研究结果表明:随生物柴油掺混比例的增加,颗粒物质量浓度降低.燃用生物柴油后颗粒物的数量浓度在大负荷明显降低,中小负荷呈升高趋势.生物柴油的排气颗粒物呈核态和凝聚态的双峰分布特征,核态数量浓度所占比例高于柴油,凝聚态的质量浓度所占比例略低于柴油.生物柴油颗粒物的几何平均直径小于柴油.     

粉煤灰合成NaA型沸石对重金属离子的吸附动力学

以粉煤灰为原料,采用两步法合成了单一沸石矿物种的NaA型沸石,对合成产物的结构和性能进行了表征.通过静态吸附实验,研究了NaA型沸石对水溶液中Cu(ΙΙ)、Cr(Ⅵ)和Zn(ΙΙ)离子的吸附特性,从动力学角度探讨了吸附机理.结果表明,在所研究的浓度和pH值条件下,NaA型沸石对3种重金属的吸附符合Langmuir等温吸附方程,静态饱和吸附量(Qm)分别为82.30,65.96,47.78mg/g;3种金属离子在水溶液中的存在方式和大小是影响它们吸附行为的主要因素,通过动边界模型推算表明:NaA型沸石对Cu(ΙΙ)和Zn(ΙΙ)离子的吸附过程的速度控制步骤为液膜扩散,对Cr(Ⅵ)离子的吸附过程的速度控制步骤为颗粒扩散,3种金属离子的吸附过程符合伪二级方程.     

新型颗粒粉煤灰净水剂对六价铬的吸附

采用自制颗粒粉煤灰净水剂,研究其对水溶液中的六价铬离子的吸附性能和影响因素,探讨了该净水剂对六价铬的吸附机理。研究表明:颗粒粉煤灰能有效吸附水溶液中的六价铬离子;影响吸附效果的因素重要性顺序为:pH>净水剂投加量>振荡时间>温度;该净水剂对六价铬吸附与Langmuir吸附等温方程和Freundlich吸附等温方程均很吻合,属于单分子层吸附;液膜扩散起主要作用,吸附过程符合二级动力学方程。     

Biosorption of copper ions from dilute aqueous solutions on base treated rubber (Hevea brasiliensis) leaves powder: kinetics, isotherm, and biosorption mechanisms

The effciency of sodium hydroxide treated rubber (Hevea brasiliensis) leaves powder (NHBL) for removing copper ions from aqueous solutions has been investigated. The e?ects of physicochemical parameters on biosorption capacities such as stirring speed, pH, biosorbent dose, initial concentrations of copper, and ionic strength were studied. The biosorption capacities of NHBL increased with increase in pH, stirring speed and copper concentration but decreased with increase in biosorbent dose and ionic strength...     

载镧生物炭的优化制备及其对水体中砷的吸附

以玉米秸秆为原材料优化制备用于吸附水体中五价砷的载镧生物炭(La-biochar),对其表面进行了系统表征,同时考察了环境条件对载镧生物炭吸附性能的影响.结果表明:相比负载前生物炭,负载后生物炭表面更粗糙,比表面积增大4.6倍,同时表面成功负载有大量镧元素.以获取对五价砷的最大吸附能力为目的,通过响应面模型获得La-biochar的优化制备条件为:物料比w(La)/w(秸秆)=9.47%,停留时间=20min,热解温度=300oC.中性和酸性环境条件有利于La-biochar对砷酸根的吸附,而碱性条件则有不利影响;较高浓度的CO32-显著降低其对砷酸根吸附,而同样浓度的Cl-和F-不会造成明显影响.     

全生物降解地膜原料颗粒对土壤性质、小麦生长和养分吸收转运的影响

全生物降解地膜是解决白色污染问题的有效途径之一,但其对土壤-植物系统的影响尚不清楚.为全生物降解地膜大面积应用的安全性评价提供依据,采用盆栽试验研究了全生物降解地膜原料颗粒种类（H、 S和X）和用量(2.5、 10和40 g·kg^-1)对土壤理化性质、生物学性质及植物生长和养分吸收转运的影响.结果表明,3种全生物降解地膜原料颗粒显著提高土壤pH,但对土壤有机质含量影响不显著,H地膜颗粒中高用量和S地膜颗粒低中用量时对土壤硝化作用及土壤氮的有效性有积极作用,而X地膜颗粒则表现为抑制作用;H地膜颗粒使土壤有效磷含量提高,S和X无显著影响;X地膜颗粒使土壤有效钾含量提高,S和H无显著影响. 3种全生物降解地膜颗粒对土壤酶活性的影响因地膜种类、用量和酶的类型的不同而异,随着地膜颗粒用量提高,3种土壤酶活性均呈现下降趋势.对小麦（Triticum aestivum L.）生长而言,除低中用量的S处理外,其余处理均抑制小麦的生长,其中X地膜颗粒对小麦根、茎叶和籽粒生物量抑制作用最大且随地膜颗粒用量提高小麦生物量抑制效果越明显.对小麦养分而言,在地膜颗粒低用量时促进氮吸收、高用...