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化科院化工专业杨维本、杨朕团队在超滤膜污染控制方面取得重要研究进展

近日,膜领域国际权威期刊Journal of Membrane Science(工程类一区期刊,IF:8.742)以“Application ofUltra-Low Concentrations ofModerately-Hydrophobic Chitosan for Ultrafiltration Membrane FoulingMitigation”(2021, 635, 119540)为题发表了4166com金沙化科院化工专业杨维本、杨朕团队4166com金沙适度疏水改性壳聚糖缓解超滤膜污染方面的最新研究。


超滤技术具有占地面积小、操作简单,出水水质好等优点,被广泛应用于水处理行业。然而,超滤技术对小分子有机污染物的去除效果差;同时,超滤膜性能会受到膜污染的严重影响。絮凝作为一种主流水处理技术,常被作为超滤的预处理工艺以缓解滤膜污染进程。然而,传统絮凝剂(铝盐、铁盐,聚丙酰胺等)也无法有效去除水中的小分子污染物。因此,开发能高效促进小分子污染物脱除、并进一步缓解超滤膜污染的新型絮凝剂十分必要。

针对地表水中小分子污染物的高效脱除,化工专业杨维本、杨朕团队在前期工作中提出并验证了构筑适度疏水改性絮凝剂以提高小分子污染物凝聚成核能力的新思路,相关工作陆续发表在Water Research(2020, 177, 115775;环境工程顶刊,Nature Index期刊,IF:11.234)、Chemical Engineering Journal(2018, 333, 310-319;工程类一区期刊,IF:13.273)、iScience(2021, 24, 102491;Cell子刊)、等杂志。其中,将适度疏水改性壳聚糖(MHC)应用于絮凝-沉淀-超滤组合工艺、以更全面地评估絮凝剂的应用性能时,团队意外地发现沉淀出水中残留的MHC有效缓解了超滤工段的膜污染现象:相比于传统商用絮凝剂聚合氯化铝(PACl),组合工艺连续运行40天后,超滤单元的跨膜压差降低近一半。据此,团队提出了构建一种基于MHC的直接超滤处理新工艺,旨在通过在直接超滤过程中添加超低浓度的MHC,(1)进一步降低PVDF超滤膜的可逆和不可逆膜污染、并(2)给出MHC对PVDF膜“类表面改性”作用的直接证据。

研究发现,通过添加超低浓度的MHC和适度升高反清洗水温,超滤膜的可逆与不可逆膜污染均被有效减轻,出水水质也显著提高。界面表征结果显示,MHC提升了膜面的亲水性,阻碍了污染物靠近并沉积在PVDF膜表面,滤饼层也因此变得更薄。同时,提升的反冲洗水温会使滤饼层中MHC的分子支链塌缩,降低了滤饼层的稳定性,使其在反冲洗及鼓泡等产生的微湍流环境中更易于从膜表面脱落。在最优条件下(0.01mg/L MHC和40℃的反清洗水温),超滤系统的可逆膜污染和不可逆膜污染分别降低~55%和~80%。添加MHC的额外药剂成本约0.001元/吨出水,采用工业废热提升反冲洗水温的额外能耗成本约0.125元/吨出水;此外,MHC自身更低的毒性(相比于商用药剂)、超低浓度的用量及较大的分子尺寸(无法通过超滤膜孔)使得其可能造成的环境风险很低。综上,本研究为水处理中国足球协会超级联赛滤膜污染的控制提供了一种简便可行的新策略。

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相关研究发表在膜领域权威期刊Journal of Membrane Science上(文章链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0376738821004877),2019级硕士研究生胡敏为第一编辑,杨朕副教授为通讯编辑。该团队长期从事基于絮凝、吸附、膜法等的环境工程技术开发及相关基础理论研究,相关研究受省“优青”基金、国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基金-欧盟委员会“中欧人才项目”、南师大中青年领军人才项目等的资助。

  • 更新时间

    2021年07月01日 11:04

  • 阅读量

  • 供稿

    化科院

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