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為什麼用碳納米管制超濾膜

發布時間:2022-03-30 23:24:24

A. 碳納米管過濾

CNT真正被良好地分散開以後是很難用簡單的過濾撈出來的,即便用反滲透膜操作起來也相當麻煩。不知你要做什麼用?為什麼要撈出來?

B. 納米管式超濾膜在精細化工中應用可行嗎

納米管式超濾膜在精細化工中應用可行。
納米管式超濾膜主要是脫除一些顆粒狀雜質,例如制葯行業用於凈化水,或者溶液脫除顆粒雜質。採用管式超濾膜更不容易堵塞。

C. 制備超濾膜和微濾膜的方法是一樣的,為什麼製得的膜孔徑卻不同

微濾膜根據成膜材料分為無機膜和有機高分子膜,無機膜又分為陶瓷膜和金屬膜,有機專高分子膜又分為天然高屬分子膜和合成高分子膜;根據膜的形式又分為平板膜、管式膜、卷式膜和中空纖維膜;根據制膜原理,高分子膜的制備方法分為溶出法(干-濕法)、拉伸成孔法、相轉化法、熱致相法,浸塗法、輻照法、表面化學改性法、核徑跡法、動力形成法等。無機膜的制備方法主要有溶膠—凝膠法、燒結法、化學沉澱法等。過濾膜根據微孔孔徑的大小分為微濾膜(MF)、超濾膜(UF)、納濾膜(NF)和反滲透膜(RO)四種形式,微濾膜一般指過濾孔徑在0.1-1微米之間的過濾膜。

D. 凈水器超濾膜有什麼作用

超濾膜在凈水器中的作用主要是過濾,超濾膜能夠有效地過濾掉水中的懸浮物、膠體、有機大分子、細菌、微生物等雜質。

E. 為何用二氯甲烷洗滌碳納米管時用漏斗過濾的很快 而用水洗滌時過濾的很慢

首先你的碳納米管是用什麼修飾的?某些聚合物修飾的CNTS在該聚合物良溶劑中很難抽濾,而在劣溶劑中容易抽濾。有點類似於反沉澱的意思。

F. 超濾膜的原理是什麼孔徑與分子量之間有關系嗎

一種孔徑規格一致,額定孔徑范圍為0.001-0.02微米的微孔過濾膜。採用超濾膜以壓力差為推動力的膜過濾方法為超濾膜過濾。超濾膜大多由醋酯纖維或與其性能類似的高分子材料製得。最適於處理溶液中溶質的分離和增濃,也常用於其他分離技術難以完成的膠狀懸浮液的分離,其應用領域在不斷擴大。

以壓力差為推動力的膜過濾可區分為超濾膜過濾、微孔膜過濾和逆滲透膜過濾三類。它們的區分是根據膜層所能截留的最小粒子尺寸或分子量大小。以膜的額定孔徑范圍作為區分標准時,則微孔膜(MF)的額定孔徑范圍為0.02~10μm;超濾膜(UF)為0.001~0.02μm;逆滲透膜(RO)為0.0001~0.001μm。由此可知,超濾膜最適於處理溶液中溶質的分離和增濃,或採用其他分離技術所難以完成的膠狀懸浮液的分離。超濾膜的制膜技術,即獲得預期尺寸和窄分布微孔的技術是極其重要的。孔的控制因素較多,如根據制膜時溶液的種類和濃度、蒸發及凝聚條件等不同可得到不同孔徑及孔徑分布的超濾膜。超濾膜一般為高分子分離膜,用作超濾膜的高分子材料主要有纖維素衍生物、聚碸、聚丙烯腈、聚醯胺及聚碳酸酯等。超濾膜可被做成平面膜、卷式膜、管式膜或中空纖維膜等形式,廣泛用於如醫葯工業、食品工業、環境工程等。

我們都知道篩子是用來篩東西的,它能將細小物體放行,而將個頭較大的截留下來。可是,您聽說過能篩分子的篩子嗎?超膜 --這種超級篩子能將尺寸不等的分子篩分開來!那麼,到底什麼是超濾膜呢?

超濾膜是一種具有超級「篩分」分離功能的多孔膜。它的孔徑只有幾納米到幾十納米,也就是說只有一根頭發絲的1‰!在膜的一側施以適當壓力,就能篩出大於孔徑的溶質分子,以分離分子量大於500道爾頓、粒徑大於2~20納米的顆粒。超濾膜的結構有對稱和非對稱之分。前者是各向同性的,沒有皮層,所有方向上的孔隙都是一樣的,屬於深層過濾;後者具有較緻密的表層和以指狀結構為主的底層,表層厚度為0.1微米或更小,並具有排列有序的微孔,底層厚度為200~250微米,屬於表層過濾。工業使用的超濾膜一般為非對稱膜。超濾膜的膜材料主要有纖維素及其衍生物、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚碸、聚丙烯腈、聚醯胺、聚碸醯胺、磺化聚碸、交鏈的聚乙烯醇、改性丙烯酸聚合物等等。

G. 為什麼採用微錯流方式工作的超濾膜可以一定程度降低膜污染

1、概述
通常所說的膜污染是指在MBR運行過程中,細胞混合液中的微生物菌群及其代謝產物、固體顆粒、膠體粒子、溶解性大分子等由於與膜存在物理化學作用、機械作用而引起在膜表面或膜內孔吸附、沉積造成膜孔徑變小或堵塞,使膜產生透過流量和分離特性的不可逆變化的現象[1]。
膜污染根據污染物與膜的作用性質和來源可分為物理污染、化學污染、微生物污染三種。物理污染指原水中的大顆粒無機物(如常見的碳酸鈣和硫酸鈣,還有硫酸鋇、鍶及硅酸等結垢性物質)和部分難降解的大分子有機物、未溶解的蛋白顆粒等在膜表面沉積而形成濾餅的可逆性膜污染;化學污染指細菌胞外聚合物EPS、溶解性有機物及蛋白、多糖類粘性物溶解形成的微細膠體等物質在膜表面與膜發生了不可逆的相互作用而形成的無法消除的膜孔變小和堵塞;微生物污染是由微生物及其代謝產物組成的粘泥(腐殖質、聚糖脂、微生物代謝產物)分層附著於膜表面,易造成膜不可逆阻塞的污染[3]。
從形態上對膜污染進行分類,使我們能更好地理解膜污染形成的空間層次。通常,膜污染從形成的形態上分為膜面凝膠層、污泥層和膜孔堵塞三種污染類型。膜面凝膠層污染(即濾餅),主要是水透過後被載留下來的部分活性污泥、膠體物質和部分濃縮的溶解性有機物,在過濾壓差和透過水流的作用下,堆積在膜表面而形成的可逆性膜面污染。這類污染在閉端膜過濾中佔有很大的比重(約80%~90%),且發展迅速,是膜污染水力控制的主要對象。污泥層污染是由膜表面滋生的大量的微生物及其代謝產物組成的粘泥(粘性多糖類、多肽類和蛋白質分子等),在過濾膜表面形成的一層生物膜而造成膜通量減小的污染。膜孔堵塞污染主要是溶解性大分子有機物質(多為低分子量的肽類),如溶解性微生物產物(SMP)和胞外聚合物(EPS)透過凝膠層,被膜孔內表面吸附或結晶,從而堵塞孔道,使膜通量減少的一種不可逆污染,此類污染一般發展較為緩慢。一般來說,膜污染是由上述三種形態共同構成的,膜表面污泥層的沉積,凝膠層的增厚和膜內表面微生物的滋生是膜污染的主要原因,其中污泥沉積是膜污染的主要構成部分,而污泥顆料在膜表面沉積與否,與膜面液體錯流流速、膜通量和污泥濃度等MBR運行條件密切相關。
2、膜污染的影響因素
盡管目前在膜污染機制方面還沒有達成共識,但對不同的具體環境下膜污染影響因素可歸納為以下3個方面:微生物特性、運行條件與膜自身的結構性質,如圖1-3所示,這些都會直接影響膜污染。

圖1-3 膜污染影響因素
Fig.1-3 Influencing factor of membrane fouling
2.1微生物特性
生物反應器中污泥質量濃度(MLSS)對膜通量有顯著影響。Fane等[2]早在1981年就報道膜污染與MLSS呈線性增長的關系,而後Shmizu等[23]研究發現,通量的下降同MLSS 的增加呈對數關系的。另一些研究者卻認為污泥質量濃度本身並不影響過濾特性,真正的影響因素是污泥的特性、顆粒大小、表面電荷等[1]。
新近的研究發現微生物代謝產物包括胞外聚合物(EPS)和溶解性微生物產物(SMP)對膜污染有重要影響。EPS和SMP主要是微生物細胞分泌的黏性物質,成分復雜,包括多糖、蛋白質、脂類、核酸等高分子物質。一些學者認為EPS質量濃度與膜污染呈線性關系的,EPS減少40%,濾餅的流體阻力也相應地減少40%。WontaeLee等發現膜污染與蛋白質比例呈正比,同時蛋白質的表面特性能影響微生物絮體的表面特性[4]。近年來,以SMP為主要成分的溶解性物質對膜污染的影響越來越引起人們的重視。分置式膜-生物反應器中,循環泵產生的剪切力對污泥絮體有較強的破壞作用,致使污泥絮體釋放出大量的SMP等溶解性物質,從而增加了膜污染,形成了很大的膜過濾阻力。Wisniewski C等用微濾膜過濾城市污水處理廠的污泥,考察不同膜面流速下污泥粒徑分布和溶解性物質對膜污染的影響時,得出了溶解性物質引起的膜污染幾乎構成了50%的膜過濾阻力[5]。
2.2運行條件
在一體式MBR中,曝氣有兩個作用:一是提供微生物所需的氧氣,二是產生錯流速率,減少膜面污泥層的形成。Hong S.P觀察到在較高曝氣量下產生的剪切力會加快污染物脫離膜的運動速度,並指出有臨界曝氣量存在。當超過它時,通量增加就不明顯,而且太大的曝氣量會提供過量的溶解氧,不利於反硝化作用[6]。Ueda等報道降低曝氣量可能會增加膜過濾壓差(TMP)作用,在短期運行中,降低曝氣量可能會使初始通量恢復,但長期運行時,較低曝氣量會導致混合液污染物質在膜面上的快速累積[7]。水力停留時間(HRT)和污泥停留時間(SRT)都不是直接引起膜污染的因素,只是二者的變化會引起反應器內污泥特性的改變,從而間接的對膜污染產生影響。
間歇出水可以有效地減少污染物在膜表面的沉積,在反應器的空曝氣階段,由於對料液的抽吸作用消失,膜表面的污染物質向主體料液中的反向運動佔主導因素,氣液兩相流可以將已經沉積在膜表面的污染物質剪切下來,從很大程度上改善膜污染狀況。空曝氣時間越長,緩解膜污染的效果越好,但這樣會引起膜利用率的下降和運行費用的升高,因此必須根據具體的情況綜合考慮經濟性的因素確定最佳的出水和空曝氣的時間比。
2.3膜的結構和性質
膜的性質包括膜的材質、孔徑大小、孔隙率、粗糙度、疏水性等,這些都會直接影響膜污染。膜孔徑對膜污染的影響與進水的顆粒大小有關,目前大多數的MBR工藝採用011~014μm的膜孔徑,完全截留以微生物絮體為主的活性污泥。Shimizu等研究了膜生物反應器中膜孔分布在0.01~1.6μm 的一系列膜的過濾性能,結果表明孔徑分布在 0.05~0.2μm的膜具有最大的通量[8]。常採用的膜材料有陶瓷和聚合物,陶瓷膜機械性能好,壽命長,由於製造成本較高,工程中使用較多的是聚合物膜。Choo等研究結果表明在同樣運行條件下,聚偏氟乙烯膜的污染趨勢明顯小於聚碸膜、纖維素膜,而且膜孔徑在0.1μm附近時混合液對膜的污染趨勢最小[9]。膜材料的憎水性對膜污染有很重要的影響,ChangI S等比較了憎水性超濾膜和親水性超濾膜,得出憎水性超濾膜膜面更容易吸附溶解性物質,表現出更大的污染趨勢[10]。
Shoji等研究表明,膜表面粗糙度的增加使膜表面吸附污染物的可能性增加,但同時也增加了膜表面的擾動程度,阻礙了污染物在膜表面的沉積。因此,粗糙度對膜通量的影響是兩方面因素綜合作用的結果,可通過在膜表面形成動態膜來減小膜表面粗糙度,從而改善膜污染。
3、膜污染的控制方法
根據上文所提到的膜污染影響因素,目前國內外膜污染控制方法的研究主要從以下幾個方面入手:
3.1 改善混合液特性
一方面,可以在工藝中增加相應的預處理組件,如預過濾去除膠體、固體懸浮物及鐵銹等或改變溶液pH值等,以除去一些能與膜相互作用的溶質。另一方面,改善影響膜污染的污泥特性參數MLSS的可濾性和控制MLSS的濃度。改善MLSS的可濾性可以在混合液中投加絮凝劑如PAC,不僅可使混合液內的COD迅速降低,減輕膜的負擔;還有助於污泥絮體相互聚集而形成體積更大、強度更高、黏性更小的污泥絮體,從而有效的減小EPS含量,提高混合液的可濾性、改善泥水分離性能、減緩濾餅層的形成。羅虹、顧平等[11]在投加粉末活性炭對膜阻力的影響研究中表明粉末活性炭具有改善混合液的性質和膜表面泥餅層結構的作用,投加粉末活性炭是提高和維持膜通量的有效途徑,並且可以降低運行費用。趙英、於丹丹等[12]在PAC投加量對MBR混合液性質及膜污染的影響中1g/L的PAC投加量足以改善混合液性質和減緩膜污染速率,投加量2g/L時反而回引起不可逆污染,加劇膜污染。目前有關活性炭粒徑大小對膜污染的影響的報道比較少,有待進一步研究。
較高的污泥濃度可提高生物反應器的容積負荷,但混合液中過多的固體物質和溶解性代謝產物(SMP)容易在膜表面沉積,導致過濾阻力增加和膜通透量降低。相反,當污泥濃度太低時,微生物對SMP的吸附和降解能力減弱,使得混合液中的SMP濃度增加,從而容易被膜表面吸附形成凝膠層,導致過濾阻力增加,膜通量下降。張軍[13]等研究表明,復合型MBR能維持較低的懸浮生物量濃度且保證高生物總量,從而有效地減緩膜過濾阻力的上升和膜堵塞.
生物強化技術(Bioaugmentation)又稱生物增強技術,是通過向廢水處理系統中投加篩選的優勢菌種和基因重組合成的高效菌種,以強化原處理系統中生物反應的能力,達到對某一種和某一類有害物質的去除或某方面性能的優化目的,龐金釗等[14]在用MBR處理洗車廢水過程中發現難降解有機物在反應器內累積,混合液的COD比進水COD高幾倍,投加優勢菌種來實現對難降解物的去除,能夠有效減輕膜截留形成的膜污染。生物強化技術不僅可以促進對目標物的降解而且某些特定菌的投加還能抑制絲狀菌膨脹,降低污泥產量和污泥黏度。投加EPS黏性小的優勢菌,可以減緩膜污染。
3.2 優化膜生物反應器的運行條件
控制合理的曝氣強度和抽吸時間可以有效地減少顆粒物質在膜面的沉積,減緩膜污染。膜面沉積層的去除效率可以通過提高空氣流率或曝氣強度來提高,而空氣流率對沉積層的去除效率又受到流速標准差的影響,亦即空氣流的紊流程度的影響[15]。通常曝氣強度越大,膜面流速越高,但N.Devereux[16]等發現,膜面流速的增加使得膜表面污泥層變薄,有可能造成不可逆污染,因此控制合理的曝氣強度可以有效的減緩膜污染。如果膜面沉積較嚴重,應該停止出水進行空曝,空曝是去除膜面沉積層的有效方法之一。除了控制合理的曝氣強度外還包括錯流過濾、定期的反沖或反吹和控制混合液的溫度等措施。Magra和Itoh的實驗結果表明,溫度的變化會引起污水粘度的變化,溫度升高1℃可以使膜的通水量增加2%,但升高溫度會直接影響膜本身的壽命,同時對微生物的生長也產生影響,因此如果情況允許,膜生物反應器應盡量在常溫下運行[6]。
3.3 膜材料的選擇
膜的親疏水性、荷電性會影響到膜與溶質間的相互作用大小,通常應選用孔徑適合,孔隙率高,帶有負電,親水性的膜,自然憎水性的膜要進行膜面改性。膜面改性是在膜表面引入親水基團,或用復合膜手段復合一層親水性分離層,或用陰極噴鍍法在膜表面鍍一層碳[17]。J.Pieracci等研究表明,改性後的膜可以增加 25%的膜通量,減少 49%的生物污染[18]。目前,膜面改性和形成動態膜的防治技術應值得注意。
3.4 膜的清洗
盡管採用合理的設計、操作等措施減緩膜污染,但長期使用後膜表面還可能產生沉積和結垢,使膜孔堵塞,膜出水量下降,因此對污染膜進行定期的清洗是必要的。常用的方法有物理清洗、化學清洗、超聲波清洗以及上述方法的綜合技術。物理清洗的方法主要有空曝氣、高流速水沖洗、海綿球機械擦洗、反沖洗、反向脈沖和電泳等。化學清洗主要是酸洗和鹼洗,酸類清洗劑(常用濃硫酸和鹽酸等)可以溶解並去除礦物質和鹽類,而鹼洗(常用次氯酸鈉和氫氧化鈉等)可以有效地去除蛋白質等有機污染物及膜內微生物,一般兩者結合使用效果更好。超聲波能夠在清洗溶液中形成極大的擾動,並伴有強大的沖擊波和微射流,能與污染膜充分接觸和作用,較常規的物理清洗方法更好,能夠使膜通量恢復54%[19],與超聲波結合的化學清洗效果一般要優於常規化學清洗。採用曝氣清洗、超聲波清洗、NaClO鹼洗、HCl酸洗可有效地使污染膜的通量恢復。黃霞等[20]對污染膜進行物理和化學清洗試驗表明,常規物理清洗可使濾餅層大部分脫落,但對膜過濾性能的恢復效果較差,鹼洗對膜過濾性能的恢復作用顯著,這表明有機污染對膜阻力的貢獻最大。
3.5 其他
在膜過濾設計中,還應注意減少設備結構中的水流死角,以防止滯留物在此變質,擴大膜污染。為防止污泥在中空纖維絲間淤積,中空纖維膜應製成平板狀(而不是成束設計),然後組裝成矩形,且底部曝氣(兼有氣水劇烈沖刷膜表面的作用),這些都可有效地防止膜污染,延長膜的清洗周期[6]。如果膜長期停止使用(5d以上),在保養時需用0.5%甲醛溶液浸泡,膜的保養原則是保持膜的濕潤並針對膜的種類採取不同的方法,如聚碸中空纖維膜須在濕態下保存,並以防腐劑浸泡。
在水資源日益短缺的今天,膜生物反應器作為一種新型的廢水處理技術,特別是在污水資源化的進程中,倍受國內外的普遍關注。但是膜污染仍然是影響膜生物反應器大范圍推廣的主要障礙之一,因此研究膜污染,研發抗污染的膜生物反應器是目前急需的。相信隨著膜污染機理及防治方面研究的不斷深入,膜質量的提高,膜污染控制方法的不斷完善,膜生物反應器將會更好地應用和推廣。
目前,有關投加粉末活性炭控制膜污染的研究和報道較多,但投加顆粒活性炭以及活性炭的投加量的文獻很少,本課題重點研究活性炭粒徑大小及投加量對減緩膜污染的影響,具有很強的實用意義,對控制膜污染、促進膜生物反應器的實際應用起到較重要的作用。

H. 超濾膜是用什麼製造的呢

主要是化學合成物,常用的有PVC膜、PAN膜、PVDF膜等多種。PVC膜就是大家所熟悉的塑料薄膜了,這種膜目前在國內凈水器中應用比較廣泛,是一種較成熟的技術,但PVC材料本身有異味(這個聞聞就知道了),應用在凈水器上會使過濾出來的水口感較差,且加熱後無法去除,解決辦法只有一個,就是在PVC膜後加活性炭來吸附異味,增加口感。主要是化學合成物,常用的有PVC膜、PAN膜、PVDF膜等多種。PVC膜就是大家所熟悉的塑料薄膜了,這種膜目前在國內凈水器中應用比較廣泛,是一種較成熟的技術,但PVC材料本身有異味(這個聞聞就知道了),應用在凈水器上會使過濾出來的水口感較差,且加熱後無法去除,解決辦法只有一個,就是在PVC膜後加活性炭來吸附異味,增加口感。

I. 碳納米管的作用是什麼

碳納米管是最典型的一維納米材料,具有極大的縱橫比,其強度和縱橫比是傳統碳纖維的1O倍以上。理論上碳納米管制備超強力學性能的復合材料是完全可行的。同時由於碳納米管的長度為微米級,對復合材料的加工性能沒有任何影響,用碳納米管增強的聚合物復合材料可以用傳統的塑料加工技術形成各種形狀。實驗發現碳納米管的電導率可以高達1000~2000 S/cm,能夠通過大的電流密度106 A/cm2,極大地改善聚合物復合材料的導電性能。由於碳納米管大的縱橫比及相互之間形成的網路結構,在較低體積比時碳納米管就可以極大地提高聚合物的電導率,而不影響聚合物的其他性能。
在隱身材料中的應用
碳納米管對紅外和電磁波有隱身作用:納米微粒尺寸遠小於紅外及雷達波波長,因此納米微粒材料對這種波的透過率比常規材料要強得多,這就大大減少波的反射率;納米微粒材料的比表面積比常規粗粉大3~4個數量級,對紅外光和電磁波的吸收率也比常規材料大得多。碳納米管具有彈性高、密度低、絕熱性好、強度高、隱身性優越、紅外吸收性好、疏水性強等優點,它可以與普通纖維混紡來製成防彈保暖隱身的軍用裝備。
在能源材料中的應用
儲氫材料:按5人座的轎車行使500公里計算,需要3.1Kg的氫氣,以正常的油箱體積計算,氫氣的存儲密度應有6.5%,目前的儲氫材料都不能滿足這一要求。碳納米管由於其管道結構及多壁碳管之間的類石墨層空隙,使其成為最有潛力的儲氫材料,國外學者證明在室溫和不到1bar的壓力下,單壁碳管可以吸附氫氣5%-10%。
根據理論推算和近期反復驗證,普遍認為碳納米管的可逆儲/放氫量在5%左右,即使5%,也是迄今為止最好的儲氫材料。

J. 超濾膜有什麼作用

超濾膜能復夠去除水中制能夠找到的任何最為細小的顆粒物,超濾的顆粒截留范圍一般可達到0.001-0.01微米,微濾的顆粒截留范圍比超濾要高出1-2個數量級,一般為0.1-0.2微米。

目前人對水的需求不斷增加,對水質的要求也越來越高,現在水質受到污染已經越來越嚴重了,為了能有效解決這個問題,得到可以飲用的水以及合格的工業用水,膜技術由於清潔、無污染、無相變等特色受到各行業廣泛地關注。東麗超濾膜法是一種廣泛應用於海水淡化、苦成水淡化、造、食品醫療、鍋爐補給水軟化水、濃縮分離、工藝純水、飲用水、廢水回用等領域,而且它的重要性正在日益顯著

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