【摘 要】
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随着印染行业的发展,大量染料废水亟待处理,纳滤膜分离工艺在染料废水处理中有良好的应用前景,开发新型的膜材料是目前的研究热点之一。ZIF-8金属-有机骨架具有较高的孔隙率、均匀稳定的孔径以及良好的稳定性,可以作为膜分离层应用在水处理中。本课题采用一步电化学法在多孔阳极氧化铝（AAO）和聚偏氟乙烯（PVDF）基膜上制备ZIF-8分离层,并考察复合膜对于亚甲基蓝染料废水的膜滤性能效果,结合表征及性能测试
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随着印染行业的发展,大量染料废水亟待处理,纳滤膜分离工艺在染料废水处理中有良好的应用前景,开发新型的膜材料是目前的研究热点之一。ZIF-8金属-有机骨架具有较高的孔隙率、均匀稳定的孔径以及良好的稳定性,可以作为膜分离层应用在水处理中。本课题采用一步电化学法在多孔阳极氧化铝（AAO）和聚偏氟乙烯（PVDF）基膜上制备ZIF-8分离层,并考察复合膜对于亚甲基蓝染料废水的膜滤性能效果,结合表征及性能测试优化制备条件,并最终优化复合膜在染料废水处理应用中的条件。制备方法具有以下优势:（1）制备方法简单、条件温和且用时较短;（2）电场作用使基膜表面均匀形成晶体核,ZIF-8分离层厚度均匀、缺陷较少;（3）稳定电场强度使ZIF-8分离层厚度生长有良好的自限性。本文在常温常压下的纯水相中,通过一步阴极电沉积方法得到ZIF-8/AAO复合膜以及ZIF-8/PVDF复合膜,通过电压变化曲线监测制备过程电场强度。利用循环伏安法确定合适电沉积电流,通过SEM表征复合膜表面形貌,优化制备过程的电沉积时间等条件;利用其他XRD、FTIR、XPS、AFM等手段监测膜表面形貌、结构组成以及粗糙度等参数,并进一步证明ZIF-8在基膜上成功合成;通过Zeta电位、表面接触角等表征手段,测定ZIF-8复合膜表面特性。表征证明了电沉积60 min能够得到厚度约500 nm的ZIF-8分离层,其生长具有良好的自限性。使用两种ZIF-8复合膜进行亚甲基蓝过滤性能测试,通过监测膜通量及截留率进一步优化了复合膜的制备条件。结果显示当电沉积时间为60 min时,两种复合膜的过滤性能最佳。电沉积60 min的ZIF-8/PVDF对亚甲基蓝溶液过滤通量为16.9L·m-2·h-1·bar-1,截留率为97.6%;电沉积60 min的ZIF-8/AAO对亚甲基蓝溶液过滤通量为34.6 L·m-2·h-1·bar-1,截留率为98.2%。通过不同操作压力下的ZIF-8复合膜进行渗透通量及截留率测试,得到优化操作压力为0.2–0.3 MPa,过高和过低的压力都会导致低截留率及单位通量。对比其他纳滤复合膜处理染料废水研究,ZIF-8复合膜在染料废水处理上性能更佳。采用纯水清洗、碱洗、酸洗、PMS清洗四种方式,评价对被亚甲基蓝染料污染的ZIF-8/AAO复合膜的通量恢复效果,其中PMS清洗表现出最好的清洗效果。ZIF-8催化PMS氧化亚甲基蓝染料分子,其氧化主要通过催化产生SO4-·和·OH自由基氧化有机物。使用PMS清洗的膜污染膜,其纯水通量恢复率可以达到73%,对ZIF-8复合膜在染料废水处理过程中的膜污染去除有良好效果。
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