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摘 要

针对悬浮液体系中纳米级凹凸棒石回收困难问题，本文采用无机陶瓷膜微滤分离纳米凹凸棒石悬浮液，考察陶瓷膜孔径、操作条件(如温度、压力)和料液性质对微滤过程的影响。实验结果表明，膜孔径不同，膜微滤所得渗透通量不同，对凹凸棒石的截留效果也不相同，采用孔径为500nm的陶瓷膜分离效果较好，稳定渗透通量较大，生产能力较高；膜面流速越大，膜稳定渗透通量越高；料液浓度越大，膜渗透通量越小；操作压力0.1Mpa、料液温度25℃、料液pH值9.81时，膜渗透通量最大。过滤两个小时以后，渗透液和截留液浊度分别是0.148NTU和3507NTU，表明氧化锆微滤膜能够有效截留水体中的凹凸棒石颗粒。

关键词：凹凸棒石，膜分离，微滤

Abstract：Membrane separation technology is an emerging one which has superiority in energy saving, high efficiency and simple equipment in contrast with the traditional separation technologies. The microfiltration separation process of attapulgite clay suspension was studied with inorganic ceramic membrane. The effect on the permeate flux of various operating parameters, including pore size of membranes, operating conditions such as transmembrane pressure and temperature and the solution properties were studied respectively. The results showed that permeate flux and retention effects were different for different pore size of membranes. The best pore size of membranes was 500nm. The increasing of surface velocity of membranes was beneficial to the improvement of the membrane permeate flux. The smaller the slurry concentration, the greater the permeate flux. The largest membrane permeate flux could be obtained when operating conditions such as operating pressure 0.1 Mpa, feed liquid temperature 25℃, pH value of 9.81 and so on were ideal. Filtering two hours later, the turbidity of penetrating fluid and residual liquid are 0.148 NTU and 3507 NTU respectively, suggesting that membrane separation can effectively realize the separation of attapulgite patticles and water.

Keywords：attapulgite clay, membrane separation, microfiltration

目 录

1 绪论 4

1.1 凹凸棒石 4

1.1.1 凹凸棒石的性质 4

1.1.2 凹凸棒石的应用研究进展 4

1.2 膜分离 5

1.2.1 膜分离简介 5

1.2.2 膜分离法的优点 6

1.2.3 膜分离法在水处理中的应用 6

1.2.4 膜污染及清洗 6

1.3 本文的研究思路及内容 7

2 实验部分 8

2.1 实验仪器和试剂 8

2.2 膜分离实验工艺流程 8

2.3 实验测试和分析方法 9

2.3.1 膜渗透通量的测定 9

2.3.2 浊度的测定 9

2.4 实验操作 9

2.4.1 实验预处理 9

2.4.2 工艺参数的选择 10

2.4.3 反冲清洗对膜通量的恢复效果 10

2.4.4 吸附-微滤膜分离组合处理铅酸蓄电池生产废水 10

3 结果与讨论 10

3.1 膜孔径对膜渗透性能的影响 10

3.2 操作条件对膜渗透性能的影响 12

3.2.1 膜面流速对膜渗透性能的影响 12

3.2.2 跨膜压差对膜渗透性能的影响 14

3.2.4 操作温度对膜渗透性能的影响 15

3.3 料液性质对膜渗透性能的影响 17

3.3.1 料液pH值对膜渗透性能的影响 17

3.3.2 凹凸棒石浓度对膜渗透性能的影响 19

3.4 反冲清洗对膜通量的恢复效果 21

3.5 吸附-微滤膜分离组合处理铅酸蓄电池生产废水 22

结 论 24

参 考 文 献 25

致 谢: 29

1 绪论

1.1 凹凸棒石

1.1.1 凹凸棒石的性质

凹凸棒石黏土简称凹土（Attapulgite），主要成分为凹凸棒石，是一种层链状过渡结构的富含水镁铝硅酸盐粘土矿物，属于稀有非金属矿土资源，理想分子式为Mg₅(H₂O)₄[Si₄O₁₀]₂(OH)₂。

图1-1纯化凹凸棒石微观形貌

凹凸棒石的基本物理化学性质^[1~2]：（1）吸附性，凹凸棒石比表面积大（内比表面积高达 300～400 m²/g）、离子状态和表面物化结构，因此可用作脱色剂、净化剂、除臭剂等；（2）催化性，凹凸棒石结构中非等价阳离子同相替代造成破键和晶格缺陷，形成有利于协同催化作用的碱中心，而且凹凸棒石本身也具有同分子筛一样的择形催化特点；（3）流变性，凹凸棒石晶体结构含有三维立体链，在水中充分解散后可以形成一种杂乱的纤维状体系的悬浮液，该悬浮液表现出非牛顿型流体的性质；（4）阳离子交换性，凹凸棒石硅氧四面体中高价阳离子被低价阳离子代替，使其表面呈电负性，由于电荷的不平衡，凹凸棒石具有交换吸附一定阳离子的性质^[3]；（5）填充性，凹凸棒石无味、无毒、易干燥、化学稳定且具有特殊的针状、纤维状晶体结构等优点，因此具备良好的填充性能，目前凹凸棒石作为填充剂的研究正成为其应用研究的热点^[4~7]。

1.1.2 凹凸棒石的应用研究进展

（1）在有机-无机高分子复合材料中的应用

冯辉霞等^[8]用改性凹凸棒石和壳聚糖为原料，制备改性凹凸棒石/壳聚糖复合树脂微球，以阿司匹林为模型药物，考察树脂的缓释性能，结果表明O-ATP/CS树脂的缓释性能和吸附性能最佳。Li等^[9~10]以凹凸棒石为无机原料加入到聚合物中合成复合吸水树脂，发现这不仅可以大大降低树脂的生产成本，而且生产出的树脂吸水性、耐盐性也得到了显著提高。徐婷婷等^[11]对海藻酸钠/凹凸棒石复合微球用于生命体中微量元素(Cu² )控释的可行性进行研究，发现与普通的海藻酸钠微球相比，复合微球的吸附率提高了3.5%，在2 h内的释放率降低了65.7%，表明凹凸棒石能够有效改善微球的缓释性能和凝胶强度，是理想的长效缓释药物的载体。 

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