| 题名 | 动态法膜表面紫外光接枝改性及生物膜载体的研究 |
| 作者 | 申颖洁 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2007-06-01 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 吴光夏 |
| 关键词 | 聚砜中空纤维膜 动态法 气态引发 表面改性 生物膜载体 poly(sulfone) hollow fiber membrane the dynamic method gas-initiation surface modification biofilm support |
| 其他题名 | Surface Modification on Membrane by Dynamic Photo-graft Polymerization and the Development of New Types of Biofilm Carriers |
| 学位专业 | 环境工程 |
| 中文摘要 | 本文以改善膜表面亲水性和调节膜孔径大小为目的，在进行广泛和深入的文献调研的基础上，利用聚砜中空纤维膜内表面作为接枝层，进行了动态表面光接枝聚合反应的研究―在气态条件下进行引发并在液态条件下进行接枝反应。实验结果表明：使用二苯甲酮作为引发剂，丙烯酰胺作为亲水性接枝单体，可以被接枝到膜表面。通过对反应前后的接触角、水通量和截留率的测量，发现分离膜的亲水性和孔径都发生了变化，而且接枝聚合的程度随着参数和实验条件的变化而产生变化，诸如引发时间、单体浓度、聚合温度和聚合时间条件等。与静态法相比，动态法解决了表面光接枝改性方法中光盲区的问题，实现了对中空纤维膜内表面等光照不到区域的紫外光引发和接枝聚合；而且因引发过程和聚合过程是分开进行的，所以最大限度地避免了均聚物的生成。除了为改善分离膜表面亲水性提供新的途径外，此方法还可以通过控制接枝反应程度的进行，来制造多种不同孔径的中空纤维膜以满足不同的应用需求，是非常值得关注的研究方向。 此外，因膜段本身的表面特点和膜孔结构，使其具有一定作为生物膜载体材料的性能优势，因而具备新型生物膜载体材料开发和研制的基础。本文在动态法膜表面光接枝聚合的研究基础上，对中空纤维膜段进行光接枝亲水性改性，并进行了改性前后膜段载体所挂生物量和活性的研究，研究表明：改性后载体的亲水性和微生物亲和能力都比未改性载体强，启动阶段挂膜速度快，COD和NH4+—N去除效率高，且抗气流冲击强度较大；但亲水性的提高在一定程度上不利于载体对污染物的吸附，由此，在挂膜初期使得载体自身对污染物去除受到负面影响，这与对生物亲和能力的影响作用恰恰相反，故而在开发和改善新型生物载体时应同时考虑到这两种因素的影响，以选取合适的平衡点。 根据理论和挂膜实验小试研究，将改性前后的中空纤维膜段载体作为生物填料应用于上流式曝气生物滤池中，进行生物膜形成和运行性能的分析，以进一步考察其亲水性和微生物亲和依附性的关系。研究发现：保持进水流量5l/h，水力停留时间9h和气水比为10：1的情况下，对于填充改性后填料的滤柱，其COD和NH4+—N去除率分别为83.64%和96.25%，比充填未改性填料的滤柱的去除率高出5%-20%。前者的出水COD, NH4+—N 和 浊度分别为25.25 mg/l, 2 mg/l 和 8 NTU。生物量测试结果表明：单位体积改性后填料所挂生物膜重量大于未改性填料。此外，通过与文献记载中的另一悬浮式高效填料生物滤池的氨氮污染物去除率进行比较发现：虽然改性聚砜中空纤维膜段填料与市场所售高效填料的性能存在一定差距，但仍然具有作为新型生物膜载体的研究和开发潜力，其挂膜和运行条件仍有待更深入的研究和调查。 另外，本文还进行了聚丙烯腈膜段填料长度对挂膜条件的影响试验：分别以填充不同长度的膜段作为填料进行曝气生物滤池挂膜和污染物去除的实验考察。 此外，本文还进行了反应条件对氨氮去除效果（硝化反应）的影响研究，包括水力停留时间(HRT)、气水比、温度和浊度条件等。结果表明：除进水浊度条件外，其他几项参数数值大小与氨氮去除率高低均具有相关性。最后，通过对滤池在不同沿程高度条件下的总氮、硝酸盐氮以及氨氮的浓度以及硝化率和反硝化率的变化证明了硝化反应和反硝化反应的同时进行。随着沿程高度的变化自下至上形成不同体积的缺氧区和好氧区，溶解氧以及有机营养物质的含量发生变化，进而导致了硝化率和反硝化率的变化，且硝化率整体趋势高于反硝化率。 经过理论分析和实验研究，证明了亲水改性后的聚砜中空纤维膜段具有新型生物膜载体开发和应用潜力，同时，也为高分子有机分离膜的多元化应用发展开拓了新的思路和途径。 |
| 语种 | 中文 |
| 学科主题 | 水处理工程 |
| 公开日期 | 2010-06-28 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/496]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_水污染控制实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 申颖洁. 动态法膜表面紫外光接枝改性及生物膜载体的研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2007. |
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