来源:Membranes 发布时间:2021/3/20 18:02:53
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南京理工大学韩卫清研究员团队——膜分离组合电化学高级氧化法处理有机废水的研究进展 | MDPI Membranes

论文标题:Membrane Separation Coupled with Electrochemical Advanced Oxidation Processes for Organic Wastewater Treatment: A Short Review

期刊:Membranes

作者:Kajia Wei 1, Tao Cui, Fang Huang, Yonghao Zhang and Weiqing Han

发表时间:12 November 2020

DOI:10.3390/membranes10110337

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期刊链接:https://www.mdpi.com/journal/membranes

原文作者简介

韩卫清,南京理工大学,主要从事高级氧化技术及其水处理应用研究、高浓度、难降解有机废水处理工艺开发,主持及参与国家级项目10余项,设计完成化工园区及企业三废治理的横向工程50余项,获省部级科学技术奖励4项,主持国家科技重大专项课题、省部级重点项目,研究成果获省部级奖励三项。

张永昊,盐城工学院,主要从事化工废水的电化学处理研究,开展钛基微孔管式膜电极对难降解有机废水中特征污染物的强化降解研究,研究内容包含难降解有机废水的预处理及毒性分析,化工尾水的深度处理及回用。

研究背景

“金山银山,不如绿水青山”。随着社会的不断发展,人类防污治污的努力也一直未停。目前,研究者已发现两种在水污染控制领域的重要技术——膜分离 (MS) 和电化学高级氧化法 (EAOPs)。这两种技术虽具备环境友好、易自动化和占地面积小等优点,但膜污染和高能耗的问题始终限制着两者的应用。如何克服上述难题不仅是实现废水高效率、低能耗处理的基础,也是实现废水资源化利用的重要前提。

近些年,EAOPs及MS的组合被指出可有效解决上述问题。EAOPs对污染物的降解及脱除可极大地缓解膜污染,而MS不仅可以有效去除无机颗粒以避免对电极材料的干扰,同时对污染物的浓缩或对污染物的驱动可突破“传质限制”的瓶颈。

MS组合EAOPs的研究已逐渐成为水污染控制领域的热点,被很多学者认为是克服水资源短缺问题的有效手段之一。来自南京理工大学的韩卫清等研究人员共同在Membranes期刊上发表了文章,对国内外MS和EAOPs的组合研究做了一个简短的综述,根据组合形式从“组合工艺”和“耦合技术”两方面进行概述。当两者作为组合工艺时,本文重点关注其之间的相互作用和处理效果;当作为耦合技术时,分为电化学阳极膜 (EAM) 和电化学阴极膜 (ECM),重点关注技术的发展历史、优点和能耗。最后,本文列举了一些相关的应用研究以探讨这种组合技术在水污染控制领域的应用前景。

研究过程

MS与EAOPs的组合方式有两种 (图1),即组合工艺和耦合技术 (可称为电催化膜)。作为一种组合工艺时,为达到不同的目的,两者均可作为另一种技术的前处理。当MS为前处理时, EAOPs可负责MS浓水处理,利用MS浓缩的污染物降低传质对EAOPs的限制,同时对盐分的浓缩也提高了废水的电导率从而降低了能耗;EAOPs亦可负责MS渗透液的处理,对出水中残留有机物质和微生物等的去除可进一步提升水质。当EAOPs作为前处理时,其目的是降低污染物的浓度,减轻膜分离环节的负荷以缓解膜污染,延长膜材料的使用寿命。

图1. 膜分离和电化学高级氧化组合技术处理废水示意图

作为一种耦合技术 (可称膜电极) 时,根据电极的氧化和还原属性可分为EAM和ECM,耦合后的膜电极使MS和EAOPs的优势得到充分的体现并用以解决对方的致命缺陷,如MS带来的定向传质提高了污染物或O2/空气的传质效率,多孔结构的膜又可增加活性面积;其次,EAOPs对污染物的降解作用提供了自净功能从而有效地减缓了膜污染问题,大量的研究已证实这种技术不仅可有效地缓解膜污染,也可促进膜的再生,并且在相对低的电能输入下就可高效地去除水中的污染物。

研究结果

MS和EAOPs的组合可有效克服各自的问题,展现出了良好的可应用性。单一的应用虽然可实现废水的处理,但难以达到更高的出水要求,而将两者组合后不仅能保证出水水质,实现高标准排放,也可进一步提升水质从而实现废水的资源化利用,为实现化工废水的“近零排放”提供了途径。值得一提的是,将二者耦合的膜电极技术更是实现了在较低电能输入下对污染物的高效去除,不仅在能耗上有所突破,同时电极的“自净”功能延长了材料的使用寿命,保证了长期应用的可靠性。

时至今日,EAM和ECM不仅在有机污染物的脱除上有所报道 (图2),在有机合成、杀菌消毒、固液分离 (萃取) 及硝酸盐还原等领域也有所应用,具备广阔的应用前景。

图2. EAM和ECM发展历史及相关应用实例

然而,为推动技术的应用,持续而深入的研究必不可少,本文作者认为未来的研究可集中在以下几点:(1) 更加高效的膜电极材料;(2) 全面而综合的组合机理研究;(3) 对流态动力学的更加深入理解 (如CFD模拟) 以及 (4) 必要的工程学上的优化。

Membranes (ISSN 2077-0375; IF 3.094) 是MDPI组织出版的国际型开放获取期刊,出版与膜科学相关基础理论和应用方面的科技论文。期刊研究范围涵盖非生物膜和生物膜科学和技术,包括膜动力学,膜的制备和表征及其在化工、环境、能源、医学和食品工业中的应用等方向,包括膜化学、物理、工程和生物学等研究领域。目前期刊已被SCIE、Scopus、Ei Compendex、SciFinder和Polymer Library等数据库收录。Membranes采取单盲同行评审,一审周期约为11.5天,文章从接收到发表上线仅需2.7天。

(来源:科学网)

 
 
 
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