陶瓷基LSCF中空纤维透氧膜制备及其透氧性能研究

笔者采用共纺丝法,以LSCF粉体、聚醚砜(PESf)、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)为原料,用N-甲基吡咯烷酮(NMP)和乙醇(EtOH)的混合溶液作为中空纤维膜内部的凝固液,用自来水作为膜外部的凝固液,经过高温烧结,制备出高度非对称的致密La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3-δ)(LSCF)中空纤维透氧膜。采用He为吹扫气,在不同流速、不同温度下,测定双层LSCF中空纤维膜透氧性能。结果显示:采用共纺丝法制备的高度非对称中空纤维膜的透氧量在650～1 000℃下分别是0.15～4.08 mL·cm~(-2)·min~(-1)。在较低温度下(600～800℃)中空纤维膜透氧量变化较小,但在高温情况下,温度大于800℃时,中空纤维膜的透氧量以直线上升。     

共纺丝法高度非对称中空纤维透氧膜的性能研究

本次研究采用共纺丝法,以LSCF粉体、聚醚砜(PESf)N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)为原料,用N-甲基吡咯烷酮(NMP)和乙醇(EtOH)的混合溶液作为中空纤维膜内部的凝固液,用自来水作为膜外部的凝固液,经过高温烧结,制备出高度非对称的致密La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3-δ) (LSCF)中空纤维透氧膜。采用He为吹扫气,在不同流速、不同温度下,测定双层LSCF中空纤维膜透氧性能。结果显示采用共纺丝法制备的高度非对称中空纤维膜的透氧量在650～1 000 ℃下分别是0.15～4.08 mL.cm~(-2).min~(-1)。在较低温度下(600～800 ℃)中空纤维膜透氧量变化较小,但在高温情况下,温度大于800 ℃时,中空纤维膜的透氧量以直线上升。     

烧结温度对La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3-δ)-Gd_(0.1)Ce_(0.9)O_(2-δ)双相复合透氧膜性能的影响

采用干压成型制备La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ-Gd0.1Ce0.9O2-δ(LSCF-GDC)双相复合透氧膜,通过X射线衍射、扫描电子显微镜以及透氧量测试等研究了不同烧结温度下材料相结构、微观形貌以及透氧性能。结果表明:LSCF和GDC两相化学相容性较好,在1 300℃条件下共烧后没有杂相生成;随着烧结温度的升高,LSCF-GDC的氧渗透量逐渐增加。在烧结温度为1 300℃、操作温度为900℃时,厚度0.67 mm的膜片氧渗透量为0.14 m L/(cm2·min);在烧结温度不高于1 300℃时,LSCF-GDC双相膜的氧渗透活化能随着烧结温度的升高而逐渐降低。     

湿法纺丝工艺制备Ba_(0.5)Sr_(0.5)Co_(0.8)Fe_(0.2)O_(3–δ)中空纤维陶瓷透氧膜及其改性研究

采用固相反应法合成Ba_(0.5)Sr_(0.5)Co_(0.8)Fe_(0.2)O_(3–δ)(BSCF)粉,并以其为原料,采用湿法纺丝工艺及烧结处理制备出外径为3 mm、壁厚为400μm的BSCF中空纤维膜,通过涂覆法,在中空纤维膜的外表面负载BSCF多孔层,以进一步改善其透氧性能。利用X射线衍射对BSCF粉末与中空纤维膜的相组成进行分析,采用扫描电子显微镜对中空纤维膜的微观组织进行观测,对修饰后BSCF膜的透氧性能进行测试。结果表明:采用固相反应法可制备出具有单一钙钛矿相的BSCF粉体,湿法纺丝所制备的BSCF中空纤维膜具有非对称结构;在空气/真空梯度下,未经表面修饰的BSCF膜在700和900℃时的透氧速率分别为0.382和1.284 m L/(cm2·min)。表面负载Ba_(0.5)Sr_(0.5)Co_(0.8)Fe_(0.2)O_(3–δ)多孔层后,其700和900℃的透氧速率分别增加到1.250和2.426 m L/(cm2·min)。表面负载使BSCF的中空纤维透氧膜的透氧表观活化能从49.23降低至24.74 k J/mol。     

碳化法制备酚醛树脂基微滤碳膜

以高含碳热塑性酚醛树脂为原料,通过碳化制备了酚醛树脂基微滤碳膜,考察了碳化条件,包括碳化终温、升温速率、恒温时间和保护气流速对膜的平均孔径、孔径分布和气体透量的影响. 对碳膜进行了CO2活化处理,考察了活化条件对碳膜性能的影响. 用热重分析考察了碳膜碳化失重,用泡点法测量了其孔径分布. 实验结果表明,随着碳化终温的升高,碳膜的平均孔径和气体透量均减小,当碳化终温从650℃升高到950℃时,碳膜的平均孔径从0.61 mm下降到0.54 mm,气体透量从1.84′10-5 mol/(m2×s×Pa)下降到1.14′10-5 mol/(m2×s×Pa). 350℃碳化温度得到的碳膜爆破强度最低,随着碳化温度的升高爆破强度增加. 升温速率、恒温时间和保护气流速对碳膜性能影响不大. 活化导致膜孔径变大,当CO2浓度从12.5%增加到50%时,碳膜的平均孔径从1.54 mm增大到1.96 mm,气体透量从7.0′10-5 mol/(m2×s×Pa)增大到1.68′10-4 mol/(m2×s×Pa).     

中空纤维膜无泡充氧特性研究

使用材质为聚四氟乙烯(PTFE)和聚-4-甲基-1-戊烯(PMP)的两种中空纤维膜组件进行无泡充氧特性研究，分析回流量、进气压力和温度等因素对氧传质系数、氧传质速率(OTR)的影响。结果表明：当操作模式为错流，回流量为100 L/h，温度为34℃，进气压力为2、3 k Pa时，PTFE中空纤维膜的氧传质系数分别为0.302 4、0.388 9 h^-1,OTR分别为0.107、0.133 g/(m²·h),PMP中空纤维膜组件的氧传质系数分别为0.248 2、0.302 4 h^-1,OTR分别为0.085、0.102 g/(m²·h)，两种膜组件的氧传质系数和OTR都随着进气压力的增大而增大；当进气压力为3 k Pa时，在回流量为25～100 L/h、温度为4～34℃范围内，随着回流量和温度的增大，氧传质系数与OTR均增大；实验选用的PTFE和PMP两种中空纤维膜组件无泡充氧性能，均明显优于传统微孔曝气方式，可为新型曝气方式的开发提供参考。     

温度和管内流速对铝制内插扭带腐蚀行为的影响

研究了温度和管内流速对铝制内插扭带腐蚀行为的影响。结果表明:当温度较低时(不大于50℃),随着温度的升高,腐蚀速率增大;但当温度达到60℃时,在内插扭带试片表面形成了完整、致密的腐蚀产物膜,减缓了腐蚀反应的进行;此后,随着温度的继续升高,腐蚀产物膜的厚度进一步增加。另外,在不同的管内流速条件下,存在临界流速3 m/s。当管内流速大于3 m/s时,内插扭带试片表面的成核速率增大,腐蚀速率减小。     

钙钛矿型混合导体BaCo_(0.7)Fe_(0.2)Nb_(0.1)O_(3-δ)的透氧性能

采用高温固相反应法制备钙钛矿型混合导体BaCo0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ(BCFN)透氧膜,并通过SEM、XRD、O2-TPD等手段进行表征。实验考察了空气速率、氦气速率及温度对BCFN膜片透氧量的影响。研究发现膜的透氧量取决于两侧的氧分压差和氧离子在体相内的扩散。XRD的结果表明使用前后材料的相结构没有变化,证明BCFN作为透氧膜材料具有实际应用前景。     

La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3-δ)-Gd_(0.1)Ce_(0.9)O_(1.95)复相材料的性能

通过干压成型制备了La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ-Gd0.1Ce0.9O1.95(LSCF-GDC)系列双相复合材料,研究了不同LSCF含量对复合材料电导率及烧结性能的影响,同时对微观结构进行了深入分析。结果表明:LSCF含量越高,材料的电导率越高,LSCF质量含量为65%时,800℃电导率可达141.7S/cm。扫描电子显微镜分析了材料的微观结构,晶粒发育良好,结构致密;LSCF对GDC晶粒增长有抑制作用,LSCF质量含量为65%时,1 350℃烧结5h,GDC晶粒尺寸仅有0.3~0.6μm。因此具有很好的微观结构及电性能的双相复合LSCF-GDC透氧膜材料将具有很好的应用前景。     

膜生物反应器中影响膜透水率的几个因素

本文研究了影响膜 -好氧生物反应器中中空纤维膜透水率的几个因素 ,如组件长度、操作压力、膜面流速、活性污泥浓度和温度。中空纤维膜内 ,压力沿料液流动方向呈抛物线型分布 ,所以在膜内径和膜面流速一定的情况下 ,存在一个最佳的膜组件长度 Llin使得膜利用率最高 ,且最省能 ;操作压力对膜透水率的影响分为三个区域 ,各个区域膜的主要过滤阻力不同 ,不同污泥浓度时 ,为了使中空纤维膜内腔不堵塞 ,膜面流速必须高于某一范围 ,膜透水率随温度呈正比例关系变化。     

炭化条件对多孔炭膜性能的影响

以石油沥青为原料,采用无粘结剂成型制备多孔炭膜,考察了炭化条件对炭膜的Ｈ２和Ｎ２气体渗透率和理想分离系数的影响,并用压汞法表征了炭膜的孔径分布,结果表明：炭化温度是影响炭膜性能的关键因素,制备的炭膜具有均匀性孔径分布,平均孔径为１５３ｎｍ。     

膜接触器及相关过程

膜接触过程是一个相当广义的膜过程,它包括膜蒸馏,膜萃取,膜吸收,膜吸附,膜汽提和渗透萃取等,其主要优点是膜的堆砌密度高,可提供极大的膜面积,使接触的两种介质间进行传递,其主要缺点是膜的传质阻力较大和不稳定性等,本文简要综述了这一过程的主要方面,各种膜接触器,相关过程,应用和潜在应用等。     

聚醚砜膜原位清洗方法的实验研究

实验对已污染的聚醚砜膜进行了清洗的研究,并通过测量各种清洗剂清洗后膜水通量的恢复,确定适宜的清洗剂、清洗时间、清洗液浓度和操作压力,选择出最佳的清洗方案,取得较好的清洗效果。通过研究表明:被污染的聚醚砜膜用混合清洗剂清洗恢复率可达到85%,效果要明显优于单一的清洗方法。     

一体式膜生物反应器膜污染现象及清洗试验研究

对新膜和在一体式膜生物反应器中运行而被污染的膜作扫描电镜对比,从微观角度解释膜污染现象。短期运行22d和长期运行210d的膜分别经冷水→热水→次氯酸钠→乙醇清洗,膜通量恢复到新膜的94.4%和70.3%;将另一长期运行210d的膜改变清洗程序为冷水→热水→次氯酸钠→硫酸,膜通量恢复到新膜的61.4%,说明不同的清洗程序清洗效果不同。将短期运行和长期运行的膜组件按Darcy定律过滤模型计算:二者运行后膜总阻力增大,短期运行22d和长期运行210d后,由于浓差极化和膜污染产生的阻力大约是膜自身阻力的4倍和11倍。     

膜的污染和劣化及其防治对策

较为系统地介绍了膜污染和劣化的定义和特点,因膜污染和劣化而造成的膜性能变化,以及如何预防、减少或清除膜污染和劣化的一些通用方法。     

膜生物反应器处理小区污水条件的优化

由于膜污染是限制膜生物反应器(MBR)应用与推广的主要因素。为此,本研究以MBR处理某小区污水为例,选择粉末活性炭投加量、活性污泥浓度及曝气量进行L12(43)正交试验,确定最佳的操作条件分别为2 g/L、7 g/L、6 m3/h;并在此基础上进行平行对比试验,其膜阻的最大差值达21.05 kPa,导致膜污染形成和发展的主要物质蛋白质/多糖值与膜压差上升速率存在线性关系。     

膜分离技术

本文简要回顾了膜分离技术的发展历史。简述了膜分离技术的基本原理及分类，并对其发展趋势进行了展望。     

新膜及膜过程的研究现状及发展动向

本文综述了双极性膜及其电渗析、膜蒸馏、膜萃取、无机膜等新膜及膜过程，简要说明其研究状况，应用前景和发展动向。     

膜生物反应器中膜的污染与清洗

通过不同清洗方法对膜通量恢复效果的评价以及对污染膜和各步清洗后对膜表面和断面形貌的观察，对膜生物反应器工艺中的膜污染特征和膜污染进行了研究。结果表明，清水冲洗能消除纤维膜之间淤积的污泥和膜表面松散的污染层，次氯酸钠可以清除膜表面的微生物和有机污染物，而硫酸和柠檬酸能清除膜上的无机物垢。在膜外表面的污染物主要为生物膜和凝胶层污染，而膜内表面的污染物主要为滋生的微生物和无机污染物。对应各步清洗后膜通量的恢复，可以推出，在试验的工艺条件下，无机物污染对膜过滤阻力的影响较大。在此基础上．为延缓膜污染对膜生物反应器提出三点建议．