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摘 要

我国水资源分布极不均匀,而且地区差异很大,海水淡化是解决我国水资源危机的重要措施之一。目前应用较广的海水淡化技术主要有蒸馏法和反渗透法，但都存在一定程度的缺陷，而膜蒸馏技术将膜分离法与热蒸馏相结合，同时有脱盐率高、能量消耗低的优点。

本文采用溶剂挥发诱导自组装法合成有序介孔碳-二氧化硅纳米复合膜来进行膜蒸馏脱盐，使用的载体为实验室自制的四通道氧化铝中空纤维，模板剂为三嵌段共聚物F127，碳和硅的前驱体为甲阶酚醛树脂和正硅酸乙酯。使用SEM等表征手段以及截流测试，对复合膜的结构及形貌进行分析表征，并使用膜蒸馏技术对其进行脱盐性能测试。实验结果显示：用真空抽吸处理所制备的膜的性能最佳，其截留分子量为18418 Da，平均孔径6.02 nm；在此基础上，比较热处理温度对膜性能的影响，发现180 °C处理下更佳：其截留分子量为12666 Da，平均孔径5.09 nm，且在脱盐实验中脱盐率可达99 %。

关键词：介孔材料 C-SiO₂纳米复合膜 膜蒸馏 海水淡化 脱盐性能

Basic ReseaCSh of Silicon Oxide/Carbon Nanocomposite Membrane for Membrane Distillation and Desalination

Abstract

The distribution of water resources in China is very uneven, and the regional differences are very large. Desalination is one of the important measures to solve the water crisis in China. At present, the widely used desalination technologies mainly include distillation and reverse osmosis, but there are some defects. Membrane distillation combines membrane separation with thermal distillation, and has the advantages of high desalination rate and low energy consumption.

In this paper, ordered mesoporous carbon silica nanocomposite membrane was synthesized by solvent evaporation induced self-assembly method for membrane distillation and desalination. The carrier was four channel alumina hollow fiber made in laboratory. The template was triblock copolymer F127. The precursor of carbon and silicon was phenol formaldehyde resin and ethyl orthosilicate. The structure and morphology of the composite membrane were characterized by SEM, and its desalination performance was tested by membrane distillation. The experimental results show that the membrane prepared by suction has the best performance, with the molecular weight of 18418 Da and the average pore diameter of 6.02 nm. On this basis, the influence of synthesis temperature on the membrane performance is compared, and it is found that it is better at high temperature (180 ° C): the molecular weight of 12666 Da and the average pore diameter of 5.09 nm, and the desalination rate can reach 99% in the desalination experiment.

Key Words: Mesoporous materials; C-SiO₂ nanocomposite membrane; Membrane distillation; Desalination; Desalination performance

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 膜蒸馏脱盐技术 2

1.2.1 膜蒸馏原理 2

1.2.2 膜蒸馏种类及性质 2

1.3 膜材料 3

1.4 研究内容及意义 5

1.4.1 内容 5

1.4.2 意义 5

第二章 实验过程与产品表征 6

2.1 实验用试剂规格及仪器设备说明 6

2.2 有序介孔C-SiO₂纳米复合膜的制备及相关性能测试 7

2.2.1 有序介孔C-SiO₂纳米复合膜的制备 7

2.2.2 截流实验 8

2.2.3 脱盐性能测试实验 9

2.3 表征 10

第三章 数据分析与讨论 22

3.1 不同涂覆方式的C-SiO₂复合膜的结构及性能表征 22

3.1.1 SEM表征 22

3.1.2 截流测试 22

3.1.3 脱盐性能研究 23

3.2 不同热处理温度的C-SiO₂复合膜的结构及性能表征 24

3.2.1 SEM表征测试 24

3.2 2 截流性能研究 25

3.2.3 脱盐性能研究 26

第四章 总结与展望 22

4.1 研究总结 22

4.2 展望 22

参考文献 24

致谢 27

第一章 绪论

1.1 引言

人口过多、资源不足和环境污染，是现代全球面临的三大主要发展困难，而在资源不足问题中，水资源是各种资源中人类最不能替代、不能缺少的资源。目前，世界的水资源危机在某些地域已经达到了相当严重的程度，世界人口总量与淡水的使用量也在持续增长中，淡水资源短缺是我们当今社会面临的主要全球性问题之一，随着人口爆炸和工业发展，淡水资源的需求令人担忧，特别是在发展中国家^[1]。在地球上的水资源总量中，淡水仅占3 %左右，海水占97 %左右。因此，世界各国都有利用海洋淡水资源，以及直接淡化海水的海水工业，作为淡水资源的替换与更新技术，海水淡化技术越来越受到世界上许多沿海国家和地区的重视，这对淡水含量不足的国家和地区具有巨大的经济效益和长久的发展意义^[2]。

我国是世界卫生组织认定的全球13个贫水国之一，水资源匮乏的情况十分凸显^[3]。人均淡水资源远低于世界人均量水平，同时存在水资源分布不均衡、洪涝和干旱灾害不断等状况，国内水情严峻。海水淡化作为符合可持续发展战略的新兴产业，正在以其能耗小、污染少、符合绿色化学理念以及在生产生活废水处理、卤水回收和石油化工等领域的广阔应用前景受到越来越多研究工作者的重视，其发展模式也必将是政府和水务企业实现循环经济与环境友好型社会“双赢”的重要选择^[4]。

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