壳聚糖改性膜制备及其对海产品加工废水处理研究

论文摘要

壳聚糖（CS）膜机械性能差、脆性大、抗水性差、易降解且不适用于酸性环境,在实际应用中,需要对其适当改性。鉴于CS主链上含有氨基-NH2、羟基-OH等化学基团,易于发生化学反应,故本研究拟采用三种方法进行改性,从而改善CS膜的结构、性能,使之更好的应用于目标废水的处理与净化。针对CS膜存在的问题,本研究选取CS-硝酸镧有机-无机杂化膜、CS-戊二醛交联膜、CS-聚乙烯醇（PVA）共混膜等三种CS改性膜的制备工艺条件进行优化研究,通过设计正交试验优化膜制备的主要工艺参数,以CS改性膜对牛血清蛋白（BSA）的渗透通量和截留率为指标进行评价。结果发现:最优CS-硝酸镧有机-无机杂化膜既能保证93%的高截留率,还能获得较高的渗透通量（9.86 ml?h-1?cm-2）;最优CS-戊二醛交联膜改性膜对BSA的渗透通量为9.93 ml?h-1?cm-2 ,截留率可达90%;最优CS-PVA共混膜对BSA的渗透通量为8.95ml?h-1?cm-2 ,截留率为83%。从而可以得到:与其他两种CS改性膜相比,CS-硝酸镧具有较高的渗透通量和截留率。在最佳制膜工艺的基础上,制备了一系列的CS改性膜,利用红外光谱和扫描电镜对CS改性膜的进行表征。通过对改性CS膜的红外光谱分析可知:由于CS的-NH2或-OH参与反应,从而削弱了CS的-NH2和-OH之间的氢键作用,并且破坏了CS膜的结晶状态,因此可以改善改性膜的机械强度。从对膜的SEM分析中可以看出, CS-戊二醛交联膜和CS-PVA共混膜膜表面较CS膜粗糙程度增加,颗粒状结构的粒径增大,颗粒之间具有明显的孔隙结构,其中尤以CS-戊二醛交联膜的颗粒粒径最大。相比之下,CS-硝酸镧杂化膜膜表面相对比较平整,并有较大孔径的微孔出现;由对一系列在不同PEG分子量和用量条件下制备的CS-硝酸镧有机-无机杂化膜的扫描电镜分析中可知:铸膜体系中加入PEG对CS改性膜表面的微观形态和性能有显著影响。在一定范围内,随着PEG分子量和用量增大,膜表面的粗糙化、颗粒化程度越来越大,颗粒的粒径和微孔尺度也不断增大。近年来,随着海产品加工业的兴起,海产品加工废水成为环境污染的又一突出问题。本研究通过实验确定了CS-硝酸镧有机-无机杂化膜的截留分子量为6000070000。利用此改性膜,结合粗滤,可以对鮟鱇鱼、鳕鱼、马哈鱼的鱼片加工废水中的有机颗粒碎屑和水溶蛋白质进行有效截留,CODcr去除率达到82.6%90%,蛋白质的截留率达到90%以上。但是由于海产品加工废水经处理后CODcr浓度仍然比较高（〉100mg/L）,需要进一步的处理才能直接排放。本实验对鱿鱼加工废水的处理效果较差,可能是由于废水中的物质分子量较小,膜孔径相对较大不能将其有效截留。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 文献综述
• 1.1 膜分离技术概述
• 1.1.1 膜分离过程
• 1.1.2 膜分离技术发展概述
• 1.1.3 膜的种类
• 1.2 超滤膜概述
• 1.2.1 超滤过程
• 1.2.2 超滤膜的分离机理
• 1.2.3 超滤膜的制备方法
• 1.3 超滤技术的发展和应用
• 1.4 壳聚糖（膜）及其在废水处理中的应用
• 1.4.1 壳聚糖简介
• 1.4.2 壳聚糖的化学改性
• 1.4.3 改性壳聚糖膜在废水处理中的应用
• 1.5 膜分离技术在海产品加工废水处理领域的应用前景
• 1.6 本课题的目的意义和主要研究内容
• 1.6.1 目的意义
• 1.6.2 主要研究内容
• 参考文献
• 2 三种壳聚糖改性膜的制备工艺条件优化
• 2.1 引言
• 2.2 材料、仪器与方法
• 2.2.1 材料
• 2.2.2 仪器
• 2.2.3 膜性能参数测定
• 2.2.4 CS -硝酸镧杂化膜的制备与条件优化
• 2.2.5 CS -戊二醛交联膜的制备与条件优化
• 2.2.6 CS-PVA 共混膜的制备与条件优化
• 2.3 结果与分析
• 2.3.1 CS-硝酸镧杂化膜的制备条件优化
• 2.3.2 CS-戊二醛交联膜制膜工艺条件的优化
• 2.3.3 CS-PVA 共混膜制膜工艺条件的优化
• 2.4 结论
• 参考文献
• 3 壳聚糖改性膜的膜机理研究
• 3.1 引言
• 3.2 材料、仪器与方法
• 3.2.1 材料
• 3.2.2 仪器
• 3.2.3 CS 改性超滤膜的制备方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 CS 改性膜的红外光谱研究
• 3.3.2 CS 改性膜的扫描电镜（SEM）分析
• 3.4 小结
• 参考文献
• 4 壳聚糖-硝酸镧有机-无机杂化膜对海产品加工废水处理效果的初步研究
• 4.1 引言
• 4.2 材料、仪器与方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 CS-硝酸镧有机-无机杂化膜的截留分子量
• 4.3.2 pH 值对废水处理效果的影响
• 4.3.3 压力对废水处理效果的影响
• 4.3.4 CS-硝酸镧有机-无机杂化超滤膜运行过程中的渗透通量变化
• 4.3.5 CS-硝酸镧有机-无机杂化膜对海产品加工废水中蛋白质的截留效果..
• 4.4 小结
• 参考文献
• 5 总结
• 5.1 结论
• 5.2 今后的研究方向
• 致谢
• 个人简介
• 在学校期间发表的学术论文