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尖晶石基陶瓷膜可一步解决污泥资源化和含油废水处理
大连理工大学环境学院 孙春意 / 时间:2019-11-04 08:34:30

  据大工环境膜技术微信公众平台2019年11月2日讯 工业过程和废水处理所产生的重金属污泥,若未加处理会对生态环境和人类健康产生巨大的潜在危害。传统重金属固废处置技术通常是采用水泥封存或其他技术(如络合等)进行转化处理,但是,这些方法存在占地面积大或重金属酸性浸出等关键难题,因此迫切需要开发高效的重金属稳定化新策略。热转换法是一种新型、可靠的重金属稳定化新技术,该方法可形成非常稳定的陶瓷晶相,显著降低浸出风险,进而可从重金属污泥制备各种陶瓷产品。作为一类新兴分离介质,无机陶瓷膜因其具有较高的机械、化学和热稳定性以及良好的抗污染性能,日益广泛应用于化工冶金、食品医药、生物和环境工程等分离过程,是一个方兴未艾的高技术产业领域,特别是在含油废水分离等方面有诸多应用潜力。如何实现污泥安全、高附加值资源化,如何降低废水处理陶瓷膜成本,如何实现含油废水高效分离是具有挑战性的工程技术难题。

 

尖晶石基陶瓷膜可一步解决污泥资源化和含油废水处理

 Fig.1.Diagram of theoil/water separation process by spinel-based membrane


  在前期研究工作的基础上(L. Li, YC. Dong* et al. ACS Sustain. Chem. Eng., 2015, 3(11), 2611-2618, J. Hazard. Mater., 2015, 287,188-196.等),硕士生陈明亮(导师为董应超教授,大连理工大学环境学院)等人受尖晶石基热转化稳定化思想的启发,提出了一种废弃物资源化设计制备低成本陶瓷膜的新策略,一步解决了重金属污泥的安全、高附加值资源化的处理难题和含油废水(水包油(O/W)乳液)高效分离的问题。他们系统解析了含镍废水污泥与低成本铝土矿制备尖晶石基陶瓷膜过程中NiAl2O4尖晶石的形成机理,并实现了膜结构的定量调控。通过研究不同操作条件下两种不同结构陶瓷膜的通量和截油率,发现具有长指状孔结构的陶瓷膜(LFS-HFCM)比海绵层结构的陶瓷膜(SS-HFCM)的性能更优越,归因于其高度不对称的膜结构和膜表面丰富金属羟基的亲水性,膜通量优于现有陶瓷膜。进而,通过实验结果结合模型方程,提出了不同流速下乳化液油滴的膜污染机理和污染模型。该方法可推广到其它重金属污泥衍生的功能陶瓷膜的设计制造和其它水处理应用领域,因此,为重金属污泥的安全、高效资源化利用提供了新的研究方向,为高性能陶瓷膜的设计和制备提供了一种合理、经济的新方法,是一种“以废治废”新策略,具有环境和经济双重效益。

 

尖晶石基陶瓷膜可一步解决污泥资源化和含油废水处理

 Fig.2.Spinel-based HFCMs for O/W emulsion separation


  上述研究成果以“Spinel-based ceramicmembranes coupling solid sludge recycling with oily wastewater treatment”为题发表于水处理领域重要学术期刊Water Research上(Water Research (2020):115180.)(2018 I.F.=7.913),第一作者为硕士生陈明亮(目前为荷兰代尔夫特理工大学博士研究生),通讯作者为董应超教授。
  项目研究工作得到了国家自然科学基金(No. 21876020)、兴辽英才计划(No. XLYC1807250)、辽宁自然科学基金重点项目(No. 20180510005)、中央高校基本科研业务费专项资金(大连理工大学人才引进专项资金No.DUT18LAB02和重点实验室科研专题No.DUT16RC(3)050)、高等学校学科创新引智计划(111计划,持久性有毒物质的污染预防与控制创新引智基地)等的联合资助。
  本工作也得到了大连理工大学环境学院杨凤林教授的指导,同时,感谢大连理工大学环境学院陈景文教授、香港大学汤初阳教授(大连理工大学海天学者)、天津大学Michael D. Guiver教授和澳大利亚Victoria University大学的Stephen R. Gray教授的在项目研究和论文写作方面的帮助。
  作者简介:陈明亮,男,目前为荷兰代尔夫特理工大学(被誉为欧洲的麻省理工)博士研究生,研究方向为陶瓷膜的设计、改性及水处理应用,在国际重要学术期刊Water Res., J. Membr. Sci., J. Eur. Ceram. Soc.和ACS Sustain. Chem. Eng.等发表5篇论文,其中第一作者SCI论文 2篇(分别为Water Res.(2018I.F.=7.913)和ACS Sustain. Chem. Eng. (2018I.F.=6.970),作为硕士生,难能可贵!),1项发明专利,多次获得奖学金。