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科研人员研发出电辅助纳米碳材料分离膜工艺
大连理工大学 范新飞、杜磊 / 时间:2019-12-24 15:48:00

提升水质 降低能耗

洗漱要用水,做饭要用水,工业生产也离不开水……水资源与国民经济和日常生活息息相关。如何高效去除痕量毒性有机污染物,提高饮用水质,已成为环境工编辑正在努力的方向。从2015年至今,借助于国家基金委重点项目“膜分离与电化学耦合方法及其在水污染控制中的应用原理”,大连理工大学的研究团队在纳米碳材料分离膜的制备、功能化、器件化和水处理应用等方面进行了深入研究。研究成果表明,电辅助纳米碳材料分离膜不仅具有高产水通量,更可有效地治理水污染,还简化了成膜流程,降低成膜成本,使其可实现产业化生产。

在水处理领域,传统的水处理技术对有毒有害有机污染物去除效果不佳,水中依旧存在各种痕量毒性有机污染物,特点是浓度低、难降解、易富集和毒性高等,纳米碳材料分离膜技术的出现为解决这一问题提供了一条新途径。

与商业高分子分离膜和陶瓷分离膜不同,纳米碳材料分离膜具有更为优异的吸附性和导电性,可去除比膜孔尺寸更小的污染物,并改善膜的截留性和抗污染性,可实现渗透性和截留性能的共增强。同时,纳米碳材料具有一定的杀菌抑菌作用,而且,通过修饰负载催化剂可实现膜分离与高级氧化等过程的耦合,在分离的同时分解甚至矿化污染物。

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图为纳米碳材料中空纤维膜及其微观结构

另一方面,在导电纳米碳材料分离膜上施加适当偏压,可利用电学作用改善膜的选择截留性和抗污染性,如静电作用、电化学反应、电动现象等。项目人员发现,静电作用可提高纳米碳材料分离膜对与施加电极性相反的带电污染物的吸附截留能力,排斥与施加电极性相同的带电污染物,延缓膜污染形成,且电辅助膜分离过程所需能耗更低,出水水质更优。

研究人员的这一发现,解决了传统膜法水处理技术所难以解决的问题——截留率和水通量之间的矛盾关系。研究人员通过优化成膜方法首次制备出自支撑纳米碳材料中空纤维微滤和超滤膜,获得比孔径相当的商品分离膜高数倍的水通量,并利用其良好的电辅助膜分离性能有效去除水体中的痕量毒性有机污染物。

项目组采用纳米碳分离膜组件,搭建了中式设备,构建了电化学辅助膜分离工艺。并开展了地表水处理的研究。结果表明,该项技术与传统膜分离技术相比,在抗膜污染,渗透性和截留性能方面显示出显著的优势,具有很好的产业化前景。

 


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