黑色TiO2纳米管阵列膜光蒸发处理高盐废水中膜分离与光催化的协同作用机制研究
批准号:
52100086
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
袁书珊
依托单位:
学科分类:
工业水处理与回用
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
袁书珊
中文摘要
高盐废水由于成分复杂,盐分、有机污染物浓度高,其处理是极具挑战性的难题。本项目将太阳能表面光蒸发技术应用于高盐废水处理,其中,如何制备光热转换效率高的光热材料、避免光蒸发过程中盐结晶、降低有机污染物对光热材料及冷凝水的污染是关键问题。针对上述问题,重点开展以下三个方面的研究:1、通过制备具有垂直有序多孔结构的黑色TiO2纳米管阵列膜,获得光热转换效率高的光热材料,揭示垂直有序多孔结构与光热蒸发效率之间的构效关系及作用机理;2、通过超疏水改性黑色TiO2纳米管阵列膜,构建多层次浸润性的超疏水/超亲水Janus结构,明晰超疏水/超亲水Janus结构抑制光热材料表面和孔内结晶的机理;3、通过分析黑色TiO2纳米管阵列膜的膜分离与光催化性能,阐明太阳能表面光热蒸发处理高盐废水中膜分离/光催化协同去除有机污染物的机制。本项目将为太阳能表面光蒸发处理高盐废水提供理论和技术支撑。
英文摘要
The composition of high salinity wastewater is complex. Due to the high salt content, the growth of microorganism is suppressed, thus the treatment of high salinity wastewater is challenging. Here, this project propose to use solar driven interfacial evaporation to deal with the high salinity wastewater, in which, how to prepare high performance photothermal materials, to avoid the salt fouling and negative effect of organic pollutants in the high salinity wastewater are the key problems. To address these issues: (1) The method to fabricate black TiO2 nanotube array membranes was explored, the mechanism behind the effect of vertically ordered pore structures on solar evaporation performance such as light absorption, light to heat ratio, evaporation rate was investigated; (2) Black TiO2 nanotube array membranes with super-hydrophobic/super-hydrophilc properties was fabrication via surface modification, the influence of the super-hydrophobic/super-hydrophilc properties on the salt rejection of the membrane during solar evaporation was studied; (3) The separation ability and photocatalysis of the black TiO2 nanotube array membranes were evaluated. Assisted by the membrane separation and photocatalysis functions of black TiO2 nanotube array membranes, the high salinity wastewater was treated by the membranes via solar driven interfacial evaporation.
本项目针对高盐废水成分复杂、盐分高的难题,利用光热蒸发材料处理高盐废水,重点研究TiO2基多尺度微纳结构光热蒸发材料制备及在高盐废水中的应用。首先,通过Ti多孔纤维毡阳极氧化和H2退火处理制备得到表面具有纳米管阵列结构的黑色TiO2纳米光热蒸发膜。随后,探究了不同处理过程对光热蒸发膜的结构调控机制及结构与光热蒸发性能之间的构效关系,最优黑色TiO2纳米光热蒸发膜蒸发速率高达4.20kgm-2h-1,是自然状态下水蒸发的10倍。最后,探究了黑色TiO2纳米光热蒸发膜结构及超亲水性质对盐结晶的影响,通过对比NaCl、MgCl2、CaCl2三种不同单盐结晶的行为,发现NaCl相比于MgCl2和CaCl2更容易结晶,而在NaCl-MgCl2、NaCl-CaCl2双盐结晶体系中,由于加入了阳离子竞争结晶,NaCl结晶行为也受到了一定的限制,通过了解多尺度结构中盐结晶行为的规律,有助于优化光热蒸发过程中的操作条件和设备设计,提高水的纯化效率和能源利用率,为光热蒸发技术的发展提供重要的理论基础和实践指导。除此之外,本项目还探究了槐叶萍、西瓜生物质基光热蒸发材料,探明了材料结构与光热蒸发速率之间的构效关系及盐结晶机制,拓展了应用于高盐废水处理的光热蒸发材料种类。
饮用水膜处理系统服役中PFAS释放规律及去除机理研究
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批准号:52370137
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项目类别:面上项目
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资助金额:50.00万元
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批准年份:2023
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负责人:袁书珊
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依托单位:
国内基金
海外基金