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陶瓷碳納米管復(fù)合膜的制備及其在高溫油水分離中應(yīng)用
發(fā)布時間：2019年04月29日 瀏覽量：1885

據(jù)大工環(huán)境膜技術(shù)微信公眾平臺2019年4月16日訊 含油廢水是一種常見的量大面廣污染物

，對環(huán)境保護(hù)和生態(tài)平衡危害極大。膜分離技術(shù)作為一種新型、**的分離技術(shù)
，在含油廢水的處理方面起著舉足輕重的作用
，工業(yè)過程中排放的高溫凝結(jié)水含有乳化液
，且溫度較高（80～120℃）
，直接分離是目前膜技術(shù)面臨的重要難題
。因此
，急需開發(fā)耐熱性和分離性能兼顧的**膜材料
。


陶瓷碳納米管復(fù)合膜的制備及其在高溫油水分離中應(yīng)用

Fig. 1. Cartoon of theoil/water separation process by mullite-CNT composite membrane.


　　無機陶瓷膜具有耐高溫的**性能，特別適合處理高溫凝結(jié)水等應(yīng)用

。但傳統(tǒng)的無機膜制備方法如溶膠凝膠法的制備過程復(fù)雜
、工序繁瑣和條件苛刻導(dǎo)致能耗和成本較高
，而且要獲得小孔徑的膜如超濾膜或納濾膜十分困難，難以實現(xiàn)可控性規(guī)模制備
。因此
，開辟和嘗試新的簡單制備方法以實現(xiàn)可調(diào)控制備超濾膜具有實際價值。


陶瓷碳納米管復(fù)合膜的制備及其在高溫油水分離中應(yīng)用

Fig. 2. (a) Enlarged cross-sectional SEM image ofmullite substrate (the inset shows a typical inner surface SEM image), (b)cross sectional SEM image of mullite substrate (c) photograph of mullitesubstrate (left) and mullite-CNT membrane (right); (d) low magnificationcross-sectional SEM image of mullite-CNT membrane; (e) higher magnificationcross-sectional SEM image of mullite-CNT membrane; (f) EDS element linescanning image of mullite-CNT membrane; (g) surface SEM image of mullite-CNTmembrane.


　　針對上述技術(shù)瓶頸問題

，在前期工作基礎(chǔ)上（Nano Letters
，18 (9) (2018) 5514–5521；WaterResearch, 90 (2016) 277-285
；Journal of the European Ceramic Society, 35 (2015) 711-721.等）
，朱麗博士（董應(yīng)超教授博士生）等人嘗試?yán)没瘜W(xué)氣相沉積法(Chemical vapor deposition, CVD)在中空纖維莫來石陶瓷支撐體上原位生長碳納米管(Carbon nanotubes, CNTs) 超濾膜。該法主要是運用納米尺度的過渡金屬作為催化劑
，熱解含碳的氣源在陶瓷基載體上原位制備碳納米管膜層
。在高溫乳化油分離實驗中，當(dāng)溫度從25℃上升到100℃時
，CNTs 復(fù)合陶瓷超濾膜對油的截留率依然保持在99.9%以上
，能夠有效實現(xiàn)油水分離，復(fù)合膜具有良好的耐高溫性能
，對高溫凝結(jié)水不需降溫可直接進(jìn)行處理
，既可以省去前處理降溫工藝和節(jié)省能源，同時又避免了在降溫過程中凝結(jié)水的二次污染
。節(jié)省能源的同時又降低了運行成本
。陶瓷基碳納米管復(fù)合膜不僅在高鹽廢水處理方面具有很好的應(yīng)用潛力（前期工作：Nano Letters 18(9) (2018) 5514–5521），在工業(yè)高溫凝結(jié)水處理領(lǐng)域也將具有廣闊的應(yīng)用前景
。


陶瓷碳納米管復(fù)合膜的制備及其在高溫油水分離中應(yīng)用

Fig. 3. Variations in permeation fluxwith separation time for pure water (a); variation of permeation flux and oilrejection with separation time for O/W emulsions (with concentration of 200mg·L-1) (b) at different membrane operating temperatures (25℃, 50℃, 80℃ and 100℃) and variation of viscosity with membrane operating temperature forpure water (c) and O/W emulsions (d).


　　上述研究成果以“Fabrication of mullite ceramic-supported carbonnanotube composite membranes with enhanced performance in direct separation ofhigh-temperature emulsified oil droplets”為題發(fā)表于膜領(lǐng)域重要學(xué)術(shù)期刊Journal of Membrane Science上（Journal of Membrane Science, 582 (2019) 140-150）（IF=6.578

，2017年），**作者為朱麗博士
，通訊作者為董應(yīng)超教授
。同時相關(guān)研究成果也申請了兩項**（國家發(fā)明**“一種碳納米管/多孔陶瓷中空纖維復(fù)合超濾膜、制備方法及用途”
，申請?zhí)枺?01511002441.6
；國家發(fā)明**“一種莫來石陶瓷中空纖維膜及其制備方法”，申請?zhí)枺?01511002471.7）
　　項目研究工作得到了國家自然科學(xué)基金(No.21876020)
、興遼英才計劃(No.XLYC1807250)、遼寧自然科學(xué)基金**項目(No.20180510005)
、中央高?div id="m50uktp" class="box-center"> ；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金（大連理工大學(xué)人才引進(jìn)專項資金No.DUT18LAB02和**實驗室科研專題No.DUT16RC(3)050）、高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng)新引智計劃（111計劃
，持久性有毒物質(zhì)的污染預(yù)防與控制創(chuàng)新引智基地）等的聯(lián)合資助
。本工作也得到了大連理工大學(xué)環(huán)境學(xué)院楊鳳林教授的指導(dǎo)
，同時，感謝天津大學(xué)Michael D. Guiver教授和華南理工大學(xué)董新法教授的幫助與支持
。
　　作者簡介：
　　朱麗
，女，工學(xué)博士
，一直從事陶瓷膜與環(huán)境應(yīng)用方面的研究工作
，在國際重要學(xué)術(shù)期刊Water Res. J. Membr. Sci., J. Eur. Ceram. Soc., Chemosphere和RSC Adv.等發(fā)表論文16篇（SCI收錄12篇），其中**作者SCI論文7篇
，3項發(fā)明**
，多次獲得各類獎學(xué)金。