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摘要：通过相转化法制备三醋酸纤维素（CTA）正渗透膜，考察不同试剂、浓度对膜结构和性能的影响。确定最佳溶剂1，4-二氧六环，CTA浓度15.00%，共混添加剂为3.00%乳酸和1.50%PVP-K30。在实验室条件下对制备的CTA正渗透膜进行酯化废水应用研究，探索不同操作条件对水通量和汲取液溶质反向扩散通量的影响。确定设备30℃条件下运行，汲取液浓度为2.0 mol/L葡萄糖+2.0 mol/L氯化钠，酯化废水pH=8，此时处理酯化废水效果最佳。
关键词：三醋酸纤维素；正渗透膜；添加剂；酯化废水应用
Optimized cellulose triacetate percolation membrane was used for esterification wastewater treatment
LV ZHENG
Abstract：The effect of different reagents and concentrations on the membrane structure and properties was investigated by phase transition preparation of CTA.Determine the optimal solvent 1，4-dioxane，CTA concentration of 15.00%，blending additives for 3.00% lactic acid and 1.50%PVP- K30.The effects of different operating conditions on the fluxes of water flux and the absorption of reverse diffusion flux were explored in the laboratory.Determine the equipment running under the condition of 30 ℃，absorbing liquid concentration is 2.0 mol/L glucose + 2.0 mol/L sodium chloride，esterification wastewater pH = 8，at this time the esterification wastewater treatment effect is best.
Key words：Cellulose triacetate，positive osmosis membrane，additive，esterification wastewater application
正渗透具有低能耗、低污染和高回收的优点[1]，在废水处理方面的应用中大多时间起着浓缩污染物的作用，它并不是最终处理过程，但却是一个高效率的前处理过程[2]。酯化废水是醇跟羧酸或含氧无机酸生成酯和水的反应中所产生的废水，其成分复杂，色度深，pH低，不溶物、微溶物极多，是处理难度较大的废水。
本文立足于制备高性能正渗透膜。通过相转化法制备三醋酸纤维素（CTA）正渗透膜，考察了不同试剂对膜结构和性能的影响，在实验室条件下对制备的CTA正渗透膜进行了酯化废水应用研究，探索不同操作条件对水通量和汲取液溶质反向扩散通量的影响。
1 实验材料
1.1 化学试剂
三醋酸纤维（CTA）、二氯甲烷（DCM）、1，4-二氧六环、N，N-二甲基甲酰胺（DMF）、四氯乙烷、N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）、乳酸、PEG-400、聚乙烯吡咯烷酮K-30（PVP-K30）、氯化钠（NaCl）、葡萄糖、浓硫酸、去离子水、液氮
1.2 实验仪器
数显鼓风干燥箱、电子天平、数显恒温振荡器、集热式恒温加热磁力搅拌器、电导率仪、蠕动泵驱动器、扫描电子显微镜、电热恒温水浴锅
1.3 实验用水来源
实验用水来源是河北某化工厂公司经预处理过后的酯化废水。
2 实验结果与讨论
2.1 最佳溶剂种类
使用不同种类的溶剂（二氯甲烷、1，4-二氧六环、N，N-二甲基甲酰胺、四氯乙烷、N-甲基-2-吡咯烷酮）制备正渗透膜，三醋酸纤维素（CTA）质量分数11.70%，乳酸质量分数6.92%，聚乙烯吡咯烷酮（PVP-K30）质量分数1.80%。搅拌铸膜液温度50.0°C，振荡铸膜液温度50.0°C，挥发时间30s，凝胶时间4h，热处理温度60.0°C，热处理时间15min。测试水通量、反向通量温度20.0°C，测试时间1h。通过实验得到的纯水通量、反向通量见图1、2。
图1 不同溶剂制膜的纯水通量
2.4 温度对膜性能的影响
温度对正渗透膜的影响主要在于温度升高会降低水的粘度，从而提高扩散系数[4]，最终使得水通量增大。为了研究温度对正渗透膜水通量和反向通量的影响，利用电热恒温水浴锅，得出不同温度下正渗透膜水通量的变化。结果如图10，11所示。
实验表明，酯化废水的浓度变化对水通量的影响很小，但是对反向通量的影响很大，说明制备的三醋酸纤维正渗透膜不宜处理浓度过高的酯化废水，处理效果会受影响。
2.8 处理不同pH的酯化废水
为了研究pH变化是否影响处理效果，将pH调整到pH=6、pH=8、pH=10，测试水通量、反向通量，进行比较。结果如图18，19所示。
当酯化废水pH=8时，水通量高，反向通量低，因此选择酯化废水pH=8作为正渗透处理时原料液的pH。
3 结论
实验研究了溶剂种类、聚合物（CTA）浓度以及共混添加剂（乳酸/PVP-K30）浓度对CTA正渗透膜性能和结构的影响。
使用不同种类的溶剂制备正渗透膜，对比水通量、反向通量和价格实验确定1，4-二氧六环为最佳溶剂。配置了浓度10%~18%的CTA正渗透膜，考虑水通量、反向通量、成膜的均一性，选择15%为最佳聚合物CTA的浓度。当乳酸/PVP-K30共混时，CTA正渗透膜的水通量明显升高并且反向通量增加不明显，说明共混添加剂效果更好，将其与4.00%的乳酸作为添加剂时对比，最终选用3.00%乳酸和1.50% PVP-K30为最佳共混添加剂配比。
将所制备的三醋酸纤维正渗透膜应用于酯化废水的处理，探究原料液温度、汲取液类型、混合汲取液浓度、不同浓度酯化废水、不同pH酯化废水对水通量、反向通量的影响。
结果表明：运行水通量设备时将原料液加热到不同温度，反向通量随着温度的升高而升高，30℃之前水通量随着温度的升高升高，30℃之后温度升高，水通量没有明显变化，最佳原料液温度定为30℃。2.0 mol/L葡萄糖和2.0 mol/LNaCl制备的混合液作为汲取液时，通量较大且反向通量较低。调整混合汲取液中葡萄糖的浓度，测定水通量、反向通量，2.0mol/L葡萄糖+2.0mol/L氯化钠为正渗透处理时的汲取液时水通量高，反向通量低。酯化废水浓度不同，水通量无明显变化，反向通量随着酯化废水比例的减小而降低，说明制备的三醋酸纤维处理酯化废水时浓度不宜过高。在测试过程中不同pH的酯化废水对反向通量影响较大，对水通量基本上没有影响，随着pH的变大，反向通量增加，pH=8时水通量相对较高，反向通量较低。
参考文献：
[1]李刚，李雪梅，王铎，等.正渗透技术及其应用[J].化工进展，2010，29（8）：1388-1398.
[2]胡婷华.正渗透水处理关键技术研究进展[J].工程科技，2014，15（3）：135.
[3]孙本惠.热力学及动力学因素对L-S相转化法制备非对称膜结构和性能的影响[J].膜科学与技术，2011，31（1）：1~11.
[4]刘蕾蕾.三醋酸纤维素正渗透膜的制备与性能研究[D].青岛：中国海洋大学化学化工学院，2010.
[5]施人莉.正渗透膜分离的研究进展[J].化工进展，2011，30（1）：66-73.
论文作者:吕铮
论文发表刊物:《基层建设》2017年第33期
论文发表时间:2018/3/12
标签：通量论文; 废水论文; 浓度论文; 酯化论文; 温度论文; 乳酸论文; 溶剂论文; 《基层建设》2017年第33期论文;