导电膜加电场减缓膜污染及电催化作用研究

硕士学位论文导电膜加电场减缓膜污染及电催化作用研究TheStudyofConductiveMembrane’SFoulingSuppressionandE-·CatalysisEffectwithElectricFieldApplied学21018072完成日期：2013．5大连理工大学DalianUniversityofTechnology大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。学位论文题目：导边邋里鳖边巫盈l鞋瘟逖迄堕啦挫螂移作者签名：盈丛鉴＆日期：逸鏖年—L月上二日大连理工大学硕士学位论文摘要膜的生物污染一直是制约膜分离技术应用发展的重要因素，加电场膜生物反应器(EⅧR)经研究证实能够有效抑制膜污染。通过外加电压，使表面带负电位的活性污泥及膜污染物受到远离膜表面方向的负电场排斥力的作用，达到有效缓解膜污染的目的。当膜材质为导电有机聚合物改性膜时，直接施加在膜表面的电压，会激发电化学性能良好的改性膜的电催化活性，对水体污染物起到催化降解的作用。本论文通过吡咯的气相聚合(VPM)和液相聚合(LPM)两种方法制备氧化石墨烯(GO)掺杂聚吡咯(PPy)或者石墨烯(Gr)掺杂聚吡咯，并改性聚酯织物，获得导电复合膜。选用性能良好的导电改性复合膜作为电极膜，应用于模拟施加电场的EMBR，测试其在酵母溶液过滤实验中减缓膜污染的效果。结果显示，Gr／PPy改性膜聚合物质均匀、牢固，且具有较高的导电性(较低的电阻值0．68±0．08kQ／cm)。在lWcm电场强度下，Gr／PPy改性膜有效延缓膜污染，累计出水通量提高20％(PPy改性膜通量提升10％)。对减缓膜污染的机理进行分析，通过绘制t／V—t和t／V—V曲线比较不同膜污染模型的相关系数，证明经典模型更符合实验中实际发生的膜污染过程。为证明导电复合膜的电化学活性及在EMBR中对水体污染物的催化降解作用，设计了在没有微生物作用下的Gr／PPy电极膜对亚甲基蓝(MB)的(循环方式下)催化降解实验。以不锈钢网作为阳极，导电膜做阴极，通过原位发生阴极电芬顿反应降解MB。降解过程中，适宜的溶解氧、体系pH值、膜通量和电场强度都能改善E—Fenton体系的反应效率，膜分离和电催化的结合强化了目标污染物的去除效果。在多次150min降解实验中，Gr／PPy膜能够稳定地保持对MB90％的去除率。引入单磺化葸醌掺杂改性后，电极膜的电催化效果能够得到进一步改善(90min降解率达到95％)。综上，在EMBR中改性导电复合膜发挥了双重作用：1)膜分离中可有效缓解膜污染，2)作为催化电极降解水体污染物。EMBR中的导电膜可以耦合膜分离作用和电催化作用，使生物降解、电催化和膜分离三种污染物去除机制同时发挥作用，可望取得更高的处理效率和更好的出水水质。并有望耦合微生物燃料电池技术实现废水处理的节能高效。成关键词：有机导电聚合物；阴极膜；EMBR；膜污染控制；电催化；污水处理技术集导电膜加电场减缓膜污染及电催化作用研究TheStudyofConductiveMembrane’SFoulingSuppressionandE—CatalysisEffectwithElectricFieldAppliedAbstractThebio-foulingisalwaysalimitingfactorforthedevelopmentandapplicationofthemembranetechnologyandtheelectric-membranebiologicalreactor(EMBR)hasbeenprovedaneffectivemethodtosuppressthemembranefouling．Byapplyingtheelectricfield，thenegativechargesludgeCanbemovedawayfromthemembranesurfacebyelectricfieldforce．Moreover，whenthemembranewasmodifiedbytheconductiveorganicpolymer，theelectrochemicalpropertyofmembrane／electrodewouldbemotivatedandshowedcatalysiseffectforwaterpollutants．Inthispaper，anovelconductivemembrane／electrodewa