Nano-MgO/SiO2荷电膜的制备及其对水中四环素的去除性能

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近年来,由于抗生素的大量使用,抗生素废水的排放问题也越来越突出。抗生素导致了大量耐药性致病菌的出现,给生态环境以及人类健康带来了威胁,并且环境中残留的抗生素对微生物具有强烈的抑制作用,从而使得抗生素废水的处理过程较为复杂、成本较高、效果不稳定等。因此,在抗生素废水处理的研究中,寻求更加简单快捷,去除效率高以及环保的工艺技术,对控制环境中抗生素的含量具有重要意义。本文研究荷正电微孔陶瓷膜的制备,并对其组成结构及表面电性能进行分析,进而研究荷正电微孔陶瓷膜对水中四环素的去除性能,探索其分离机理,并对荷正电微孔陶瓷膜的实际应用进行了探讨。以硅藻土陶瓷膜为基膜,氯化镁和尿素为原料,通过浸渍-热分解法对硅藻土基膜进行表面修饰制得nano-MgO/Si02荷正电微孔陶瓷膜。利用FT-IR、XRD、EDS、TEM和SEM等技术对膜的组成结构进行表征。研究结果表明,荷正电的纳米MgO涂层呈现立方型晶粒,并均匀地附着在基膜表面,且不堵塞膜孔;通过压汞仪对荷电膜的孔结构分布进行研究,结果表明膜呈现多孔结构,平均孔径为1.9μm,膜的微孔结构保持完好;利用XPS对荷电剂MgO和陶瓷基膜间附着力进行研究,结果表明纳米MgO与基膜之间形成新的化学键,使纳米MgO涂层牢固的附着在基膜表面;对荷电膜进行Zeta电位分析,结果表明,其具有较高的电性能,并且在较宽的pH范围内带正电,其等电点为10.8,可以吸附带负电的小分子物质。最后研究了 nano-MgO/Si02荷正电微孔陶瓷膜对水中四环素的去除性能,研究结果表明,在一定实验条件下,荷电膜对水中四环素具有很好的去除效果,去除率高达99.9%。通过对四环素初始浓度、溶液pH值、操作压力、共存离子等实验影响因素研究,发现溶液pH值对四环素的去除效果影响较大,当溶液的pH值范围为6.0~10.2时,荷电膜对四环素的去除率高达96%以上;高浓度的四环素易使荷电膜达到吸附饱和,影响荷电膜的使用寿命。当荷电膜的尺寸为表面积为2.8cm2,厚度为5mm,其对四环素的的吸附饱和量为1.45 mg/cm3;操作压力影响着溶液与膜的接触时间,从而影响荷电膜对四环素的吸附性能,操作压力大,接触时间短,四环素的去除率较低,因此可适当的增加膜大小,降低操作压力等进一步改善荷电膜对四环素的去除性能;溶液中的共存离子对四环素的吸附性能影响较小。对四环素的去除机理研究表明,荷正电微孔陶瓷膜主要通过静电吸附作用吸附分离四环素分子;对荷正电陶瓷膜的实际应用探讨,结果表明低浓度四环素溶液更适宜荷正电陶瓷膜的长期使用。因此,采用浸渍-热分解法制备荷正电微孔陶瓷膜具有成本低、工艺简单等优点,且所得荷电膜表面纳米MgO分布均匀,基膜与荷电剂之间结合力强,可以通过正负电荷的相互吸引作用吸附分离四环素分子,其对四环素具有很好去除效果。并且荷正电微孔陶瓷膜具有分离性能高、通量大、使用寿命长、操作简单、成本低等许多优点,在饮水净化、生活废水处理等领域具有很好的应用前景。
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