電化學技術和膜材料結合的手段可在源頭上控制膜污染
針對上述問題，采取電化學技術和膜材料結合的手段可在源頭上控制膜污染：電化學排斥作用可排斥帶有相同電荷的污染物質，使其遠離材料；電化學氧化技術可直接氧化去除粘附在膜材料上的污染物質。電膜耦合技術的核心膜資料也對處理系統(tǒng)的性能起著至關重要的影響。碳納米管中空纖維膜(carbonnanotubhollowfibermembranes,CNTs-HFM,電化學性能優(yōu)異， 上海純水設備中空結構對空間利用率較高，與此同時，碳納米管的管狀構型在形成膜材料的時候可交聯(lián)纏繞形成網狀結構，極大的提高了膜材料的通量和對污染物質的截留效果。而用碳資料作為膜材料彌補了金屬資料在電化學條件下會釋放金屬離子的缺陷和導電聚合資料的通量低的問題。如圖1所示為以碳納米管形成的碳納米管中空纖維膜的外表及截面形貌，觀察可知，該膜資料具備上述交織纏繞的結構優(yōu)勢，且形成的膜資料資料分布均一，未發(fā)現結構塌陷。前期的工作中[1-3]大連理工大學喬森教授課題組分別驗證了碳納米管中空纖維膜在電化學排斥和電化學氧化作用的強化下，對處置過程中膜污染的緩解和出水增強的實際效果以及機理，并以此為基礎，第一次采取以電化學強化的碳納米管中空纖維膜作為基本的分離單元分別構建了電膜耦合系統(tǒng)（厭氧系統(tǒng)和好氧系統(tǒng)）并對該新型系統(tǒng)的整體性能進行了評價。
厭氧系統(tǒng)中電化學強化碳納米管中空纖維膜增強出水水質及緩解膜污染機理圖(1.帶負電的污染物質,2.凝膠團，污泥絮體或大分子污染物質,3.水)
電化學強化的厭氧膜生物反應器中（運行參數如圖3b所示）[4]碳納米管中空纖維膜上施加負電（-1.2V作為陰極，電化學排斥作用在膜的周圍形成一層電化學屏障，可排斥帶負電的污染物質使其遠離資料外表，對膜污染的緩解起到顯著的效果（圖2整個的運行過程中，電化學的強化使得出水中COD去除率始終高于95%圖3b發(fā)生在電化學強化膜材料上的跨膜壓差增長速率緩慢，恢復水平高（圖3a與此同時，該反應器在臨時的電化學影響下也實現了甲烷產率的提高（圖3c,d此基礎上喬森教授課題組建立了好氧膜生物反應器（HRT為4h,進水COD為500mg/LNH4+-N為25mg/L[5],碳納米管中空纖維膜上施加正電（+1.0V考察直接電氧化作用對膜污染的緩解作用，實驗結果標明，直接電氧化作用可直接氧化去除粘附在膜上的污染物質，實現了從源頭上控制膜污染。然而，電化學的直接排斥和氧化作用在進水濃度高，水力停留時間短的條件下所起到對膜污染的緩解作用不再顯著， 上海純水設備因此，喬森教授課題組進一步擬采用膜材料在電化學強化作用下原位的發(fā)生羥基自由基（OH方式來無選擇性的氧化去除污染物質，使污染的膜資料迅速恢復初始過濾性能(圖4a而多孔碳經氫氣流中煅燒之后形成的sp3-C結構具有明顯的缺陷，電化學強化和氧氣的作用下，為H2O2發(fā)生提供了大量的活性位點，Fe2+存在下，可原位的發(fā)生OH來無選擇性快速氧化去除膜材料上的污染物質，緩解膜污染，增強出水水質（圖4b[6]因此，選擇以碳納米管為基本支撐骨架，混合多孔碳采用濕法紡絲技術經煅燒，浸泡等方法勝利制備多孔碳-碳納米管中空纖維膜，該新型多孔碳-碳納米管中空纖維膜資料一方面可原位產生OH另一方面保存了碳納米管中空纖維膜的高通量特性，為后續(xù)結合廢水生物處置技術奠定了良好的基礎。a厭氧膜生物反應器R1,R2和R3跨膜壓差變化，bCOD出水和上清液中的變化情況，cCH4和(dCO2ml/gVSS?d膜生物反應器中以24h為基本單位的積累量。R1,以傳統(tǒng)的PVDF中空纖維膜作為基本分離單元；R2,以碳納米管中空纖維膜為基本分離單元；R3,以電化學強化的碳納米管中空纖維膜為基本分離單元).
圖4.a不同條件下記錄的DMPO自旋捕獲ESR光譜。由DMPO-OH加合物產生的峰標記為（*b電芬頓輔助PC-CNT中空纖維膜原位產生?OH機理圖。
上述研究效果分別發(fā)表在重要的學術期刊EnvironmentScienc&Technolog532019,1014-1021WaterResearch1512019,54-63和AppliCatalysiB-Environment2552019上。同時相關研究效果也申請了兩項專利（國家發(fā)明專利“一種以電化學強化碳納米管中空纖維膜為分離單元的膜生物反應器”申請?zhí)枺?span>201811393341.4國家發(fā)明專利“一種電化學強化下發(fā)生羥基自由基的多孔碳-碳納米管中空纖維膜的制備方法”申請?zhí)枺?span>201910426068.9
該項研究工作得到國家自然科學基金（No.21677026中央高�；究蒲袠I(yè)務費專項資金（大連理工大學人才引進專項資金No.DUT17LA B15高校學科人才引進計劃
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