电驱动选择性膜分离技术研究进展

电驱动膜分离将电化学与膜分离技术有机结合,通过调控电场或电极电位强化膜分离效果,有望突破膜污染、选择性分离弱及“trade-off”效应等技术瓶颈,是实现污/废水资源化的有效途径。提出电驱动膜分离概念,将电驱动膜分离分为电控膜分离、电渗析和膜电容去离子等技术类型,重点关注选择性膜分离回收废水中有价物质进而实现废水资源化。首先介绍了电驱动膜分离技术的基础研究进展,然后从膜/电极材料创新和工艺优化等角度对电控膜分离、电渗析和膜电容去离子的研究进展进行回顾和总结,最后从基础研究、材料创新和反应器开发3个方面对该技术未来的发展方向做出展望。     

电化学合成的聚合氯化铝的形态特征

采用电解法合成了聚合氯化铝溶液 ,并采用2 7AlNMR法、透射电镜等方法对其形态特征进行了研究 .2 7AlNMR法表明在电化学制备PAC中主要含有铝单体 ,铝的二聚体及Al13形态 .Al13含量与其溶液的碱化度 (B)有关 .在总铝浓度 (AlT)为 2 .0mol L ,B为 2 .2时Al13含量达到最高 ,占AlT 的 70 .2 % ,并在溶液中较稳定存在 .透射电镜实验结果表明 ,电解制备的PAC的粒度分布均匀 ,无团聚现象产生     

Al13形态在混凝中的作用机制

从铝的水解形态转化角度考察了铝盐在高碱度和高有机物浓度水体中的混凝行为.结果表明,铝盐的混凝效能是与混凝过程中的Al13含量成正比.高投药量时氯化铝(AlCl3)既可以有效调节水体pH值又能在混凝过程中原位水解产生较多的Al13形态,因而混凝效能要高于聚合氯化铝(PACl).在铝盐混凝中,调节pH值到6～7之间可以控制铝形态分布从而达到提高混凝效能和减少残留铝的目的.在调节pH值强化混凝的方法中使用传统铝盐的效果要好于无机高分子絮凝剂.     

汾河流域水资源承载力评估及生态敏感性分析

汾河流域是山西省重要的水资源供给区,是促进山西省区域协调发展的重要区域,汾河流域高质量发展的关键在于汾河生态环境保护与社会经济协调发展。利用DPSIR-TOPSIS模型对汾河流域水资源承载力进行分析,结果表明,2012—2021年汾河流域的水资源承载力水平实现了阶段性增长,高质量经济发展水平和高水平水资源保护的协同推进促成了水资源承载力的整体平稳上升。基于层次分析法和空间分析法的生态敏感性分析结果表明,轻、中、高敏感区占汾河流域的79.51%,极敏感区占区域的14.45%,植被覆盖度是影响区域生态敏感性的重要考量。本研究对汾河流域水资源承载力和生态敏感性的时空变化进行了综合评估,为汾河流域高质量发展路径设计提供科学依据。     

电絮凝-膜分离反应器还原-絮凝-超滤一体化处理六价铬废水

采用电絮凝-膜分离反应器(electrocoagulation membrane reactor,ECMR)对含铬废水进行研究。讨论了电化学参数和水质条件对Cr(Ⅵ)去除的影响,对比了ECMR和EC-UF抑制膜污染的作用机制。结果表明,在电流密度J=55 A·m~(-2)、初始浓度C(Cr~(6+))=40 mg·L~(-1)、初始pH=3、电解时间60 min、水力停留时间20 min条件下,ECMR出水总Cr去除率达到99.2%,废水中Cr(Ⅵ)的去除率达到99.4%。同时发现ECMR膜通量优于EC-UF,通量高出近15%,ECMR装置不但能够充分利用电絮凝中的电场和气浮作用,进一步强化减缓膜污染,而且可以使装置系统更加紧凑,节省占地空间。     

脉冲电絮凝-膜分离反应器的膜污染控制机制

为了改进直流电絮凝膜分离反应器(electrocoagulation-membrane cathode reactor, ECMCR)在实际应用中存在极板钝化、能耗高等不足,本研究开发了脉冲电絮凝膜分离反应器(pulsed electrocoagulation-membrane cathode reactor,PECMCR),并分析了其中的膜污染控制机制。研究发现ECMCR对腐殖酸(humic acid, HA)的去除率最高可达85.23%,相比之下相同产铝量和能耗下脉冲电絮凝膜分离反应器对HA的最佳去除效率可达到90%以上,且跨膜压差分别降低了36%和20%。PECMCR相较于ECMCR具有更好的HA去除效果和膜污染缓解效果,这可能是因为在脉冲电场的作用下,金属阳离子在溶液中加速扩散,减少或消除了金属阳极的钝化现象,从而有效提高HA的去除效率。而且HA与膜阴极之间的静电斥力降低了HA污染物在膜上的粘附,有助于进一步缓解膜污染。另外,脉冲电絮凝可以缓解电极钝化,有助于进一步节省能耗。此研究结果为PECMCR应用于水处理过程中膜污染控制提供了新的解决方案。     

花状二维铜基卟啉气凝胶制备与气体吸附与分离性能研究

本研究针对混合气体选择性分离和二氧化碳捕获等问题,在小分子聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和三氟乙酸的作用下控制纵向生长,通过金属铜离子与卟啉配体的自组装形成花状二维金属有机框架材料（2D Flower-like Cu-TCPP）,进一步冷冻干燥获得低密度纯2D Flower-like Cu-TCPP气凝胶.元素含量分析显示,2D Flower-like Cu-TCPP可以充分暴露金属活性位点,克服传统三维纳米材料内部位点难以被利用的缺点;比表面积（BET）分析显示,2D Flower-like Cu-TCPP比表面积为321.92 m²·g^-1,主要孔道尺寸分布在1.8 nm左右.由于充分暴露出金属活性位点Cu-O-Cu,对CO₂、N₂和CH₄表现出优异的吸附分离性能.根据Langmuir吸附等温线拟合得到,CO₂、CH₄和N₂的最大吸附量分别为7.357、2.852、2.002 mmol·g^-1.CO₂/N₂、CO₂/CH₄和CH₄/N₂的最大分离系数分别为9.86、2.52和4.00.2D Flower-like Cu-TCPP在碳捕获、混合气体选择性分离中具有较好的应用前景.     

硫自养反硝化饮用水脱氮：悬浮填料与硫源作用效果评估

针对饮用水硝酸盐污染和固定床硫自养反硝化脱氮负荷低等问题,开展流化床型硫自养反硝化脱氮研究,探究聚乙烯醇-海藻酸钠-活性炭悬浮填料对硫自养反硝化的影响,并对比了不同硫源(升华硫、硫代硫酸钠和生物硫)对反硝化效果的影响.结果表明,悬浮填料可显著提升反硝化脱氮效果,升华硫与硫代硫酸钠效果优于生物硫.在最佳条件下,TN去除率可稳定保持在98.49%,TN脱氮负荷达2.84 g·L^-1·d^-1.机理分析表明,悬浮填料中海藻酸钠可作为异养反硝化的有机碳源,实现自养与异养反硝化相结合,减少了副产物NO₂^-和SO₄^2-的生成,并提供碱度,保持体系pH的稳定.加入悬浮填料后,反硝化微生物生长得到促进,优势菌属为Thauera(兼性自养反硝化菌)和Brachymonas(异养反硝化菌).