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水溶性聚合物络合—超滤耦合技术处理Sn~（2+）和Zn~（2+）废水的研究

作　者: 张海滨
导　师: 陈桂娥
学　校: 上海海洋大学
专　业: 应用化学
关键词: 重金属离子络合超滤水溶性聚合物选择性分离
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

本文研究水溶性聚合物络合—超滤耦合技术,采用水溶性聚合物选择性络合重金属离子,通过聚偏氟乙烯超滤膜实现分离。它不但能够实现金属离子废水回用,而且能浓缩与回收金属离子废水。本文选用典型重金属(Sn、Zn)工业模拟废水进行试验,围绕络合体系截留特性、金属离子选择性分离、络合物解离等方面,系统探讨络合—超滤耦合过程的参数优化和络合行为,并考察在低浓度含锡电镀漂洗废水中的应用。1、选取高效、环保的络合水处理剂聚丙烯酸钠(PAASS)和聚乙烯亚胺(PEI),并通过预处理使聚合物截留率R=100%。选取火焰原子吸收光谱法对水样和废水中的金属离子浓度进行测定。2、对重金属废水(Sn、Zn)分别进行络合—超滤耦合过程的研究,探讨了pH值、水溶性聚合物浓度、装载质量比L、离子强度、体积浓缩因子VCF,压力、运行时间、膜面流速等因素对络合—超滤耦合过程的影响,以探讨水溶性聚合物超滤—耦合过程处理金属水样的机理,并确定最佳的工艺条件。研究发现,随着装载质量比L的减小,Sn2+的截留率增大,并在临界装载质量比LCritical时Sn2+可达到95.23%的截留；pH=4.0时,PAASS对Sn2+的络合容量为KSn=0.055mgSn2+/ mgPAASS; pH=6.0时,PEI对Sn2+的络合容量KSn=0.030mgSn2+/mgPEI;若增大L,金属离子的截留率会呈线性下降。同理,随着pH值的增大,装载质量比L的减小,重金属Zn2+离子的截留率增大,并在LCritical时达到100%；pH=7.0时,PAASS、PEI对Zn2+的络合容量分别为KZn=0.10mgZn2+/mgPAASS,KZn=0.050mgZn2+/mgPEI。3、研究讨论两种混合溶液的分离性能。比较单一及混合金属离子溶液截留行为,优化操作参数,研究混合体系金属离子的选择性分离。结果表明,pH值和装载质量比L对分离效果影响明显。与PAASS络合时,Zn2+的存在不影响Sn2+的截留,二者不能达到有效地分离。Zn2+和Sn2+与PEI络合,在较高pH下,选择性分离系数S很大,在pH=7.0和L=0.10时,实验得到分离因子S=126,可以实现两种金属离子的有效分离。4、采用酸解—超滤耦合过程解离回收PAASS,同时分离出金属溶液,并探讨了解离过程污染膜的清洗效果。研究发现,当洗涤水体积为原料液体积4倍时,Sn2+和Zn2+金属离子洗脱率分别为95.80%和94.60%,将回收后的聚合物重新用于络合—超滤耦合过程处理金属废水,发现处理效果与新鲜的PAASS没有明显差别。采用碱性清洗液和酸性清洗液清洗时,可使膜性能有效恢复。5、以低浓度含锡电镀漂洗废水为研究对象,探索络合—超滤耦合技术的实际应用。结果表明,当pH=4.0及L=0.045时,络合体系恒容超滤的通量衰减程度非常低,渗透液锡离子浓度及有机物含量均低于国家污水一级排放标准,使得处理后废水能直接排放或回用。截留液中锡离子浓度由12.70浓缩到1240.50 mg/L。另外,锡络合物解离充分,水溶性聚合物可循环使用,污染膜易于清洗,为工业化提供了可行依据。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-13
第一章引言  13-30
  1.1 前言  13-14
  1.2 膜的定义及膜分离过程  14-15
    1.2.1 膜的定义  14
    1.2.2 膜分离过程  14-15
  1.3 超滤分离技术研究进展  15-20
    1.3.1 超滤技术的基本概况  15-16
    1.3.2 超滤过程中的膜污染及清洗  16-18
    1.3.3 超滤技术在废水处理中的应用  18-20
  1.4 电镀重金属废水处理方法的研究进展  20-25
    1.4.1 重金属废水的传统处理方法  20-22
    1.4.2 胶束增强超滤法在重金属废水处理中的应用  22-23
    1.4.3 聚电解质络合—超滤耦合技术在重金属废水处理中的应用  23-25
  1.5 络合—超滤耦合技术近年来的研究概况  25-27
  1.6 立题背景及意义  27-28
  1.7 研究思路及内容  28-30
第二章试验部分  30-38
  2.1 主要试验仪器与试剂  30
    2.1.1 主要试剂  30
    2.1.2 主要仪器  30
  2.2 膜及膜组件  30-31
  2.3 试验装置  31
  2.4 水溶性聚合物络合—超滤耦合过程处理金属废水基本原理  31-33
  2.5 分析方法  33-35
    2.5.1 金属锡离子浓度测定  33
    2.5.2 锡标准曲线绘制  33
    2.5.3 金属锌离子浓度测定  33-34
    2.5.4 锌标准曲线绘制  34-35
    2.5.5 聚丙烯酸钠和聚乙烯亚胺浓度测定  35
  2.6 水溶性大分子聚合物的选择  35
  2.7 试验内容  35-36
  2.8 络合—超滤耦合过程处理金属废水公式定义  36-38
第三章络合—超滤耦合技术处理含Sn~(2+)模拟废水的研究  38-54
  3.1 水溶性大分子聚合物的预处理  38-40
  3.2 pH值对重金属离子截留率的影响  40-43
    3.2.1 与PAASS络合pH值对金属离子截留率的影响  41-42
    3.2.2 与PEI络合pH值对金属离子截留率的影响  42-43
  3.3 聚合物与重金属Sn~(2+)离子络合容量的测定  43-45
    3.3.1 PAASS络合容量的测定  43-44
    3.3.2 PEI络合容量的测定  44-45
  3.4 聚合物浓度增加对膜通量的影响  45-46
  3.5 离子强度对重金属离子截留率的影响  46-47
  3.6 操作压力对膜通量的影响  47-48
  3.7 运行时间对膜通量的影响  48-50
  3.8 膜面流速对膜通量和截留率的影响  50-51
  3.9 浓缩因子对膜通量和截留率的影响  51-52
  3.10 本章小结  52-54
第四章络合—超滤耦合技术处理含Zn~(2+)模拟废水的研究  54-67
  4.1 pH值对重金属Zn~(2+)离子截留率的影响  54-55
  4.2 聚合物与重金属Zn~(2+)离子络合容量的测定  55-57
  4.3 操作压力对膜通量的影响  57-58
  4.4 运行时间对膜通量的影响  58-59
  4.5 膜面流速对膜通量和截留率的影响  59-60
  4.6 浓缩因子对膜通量和截留率的影响  60-61
  4.7 Zn~(2+)和Sn~(2+)两种重金属离子分离性能的研究  61-66
    4.7.1 与PAASS络合时,两种金属离子的分离  61-64
    4.7.2 与PEI络合时,两种金属离子的分离  64-66
  4.8 本章小结  66-67
第五章酸化法解离水溶性络合物过程的研究  67-73
  5.1 解离恒容超滤行为  67-69
  5.2 解离超滤洗涤行为  69-70
  5.3 水溶性聚合物循环利用效果评价  70-71
  5.4 解离状态膜清洗行为  71-72
  5.5 本章小结  72-73
第六章络合—超滤耦合技术处理含锡工业废水的研究  73-82
  6.1 废水的类型及性质  73-74
  6.2 含锡漂洗电镀废水现有处理工艺评价  74
  6.3 络合—超滤耦合技术处理含锡漂洗电镀废水  74-76
  6.4 络合—超滤耦合技术浓缩含锡漂洗电镀废水  76-78
  6.5 金属离子-聚丙烯酸钠络合物解离及聚丙烯酸钠循环利用  78-81
  6.6 本章小结  81-82
第七章结论  82-84
参考文献  84-88
附录  88-89
致谢  89

水溶性聚合物络合—超滤耦合技术处理Sn~（2+）和Zn~（2+）废水的研究

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