引入臭氧之后，CM、rGO-CM-O和rGO-CM-I的通量依然持續(xù)下降，分別下降了29.81%、19.61%和19.12%，而N-rGO-CM-O和N-rGO-CM-I的J/J0值分別保持在91.81%和97.29%。因此，當與臭氧結合時，N-rGO-CM-I表現出很佳的自清潔性能。SA去除效率是這種自清潔性能的很直接證據。如圖所示。CM耦合臭氧對于SA的礦化效率為23.16%，并且rGO-CM-O和rGO-CM-I對SA的礦化效率分別提高到39.25%和37.38%。N-rGO-CM-I顯示出很佳的SA礦化效率（69.98%），其次是N-rGO-CM-O（59.02%）。與N-rGO-CM-I（51.18%）和N-rGO-CM-O（53.21%）相比單獨過濾相比，去除效率分別提高了18.8%和5.81%。這種優(yōu)越的性能主要是由于摻雜的N原子和碳質氧基團在催化膜表面的高暴露，這導致大量的•OH通過臭氧的快速催化分解來原位清潔膜污染。
圖4 N-rGO催化膜界面特征對性能的影響結果
反應條件：[ozone gas] = 20 mg/L, [O3] = 2 mg/L, TMP = 0.3 bar, crossflow velocity = 1200 mL/min, [BZA] = 0.084 mM, [SA] = 30 mg/L
在此，為了研究界面特性對N-rGO-CM-I催化活性和自清潔性能的影響機制，建立了多個線性關系。當增加上述三種界面特性（厚度、粗糙度和疏水性）時，p-CBA和BZA的kobs值幾乎呈線性改善，表明它們對界面催化活性有貢獻。在N-rGO-CM中，較厚的催化層引入了更復雜的電子態(tài)和共價碳體系的自旋特征，導致•OH的富集(p-CBA的去除結果很好地說明了這一點)。此外，粗糙度的增加表明表面具有更多暴露的活性中心，如摻雜-N，這有助于提高催化活性。因此，厚度和粗糙度對N-rGO-CM-I的催化活性的調節(jié)具有協(xié)同作用。此外，更疏水的N-rGO-CM-I表面有利于p-CBA或BZA吸附，界面吸附縮短了目標分子與氧化劑之間的距離，從而提高了催化活性。
抗膜污染是催化膜協(xié)同性能的另一種表現。結果表明，在N-rGO-CM-I過濾過程中，J/J0與上述三種界面特性呈負相關關系，表明提高N-rGO-CM-I的界面屬性對抗膜污染性能是有負面影響的。更厚更致密的催化層將導致水和SA之間的傳質阻力增加，導致抗膜污染活性降低。之前的研究也表明，更光滑的表面減少了污染物在CM表面的積累，減少了膜污染的形成。因此，N-rGO-CM-I的粗糙表面導致抗膜污染性能降低。更有趣的是，先前的研究表明，增加膜疏水性有望減少親水性SA在膜表面吸附所引起的污染，因此，預期結果是疏水性與J/J0呈正相關關系。這一矛盾歸因于由于層厚和粗糙度的增加導致抗膜污染性能的降低程度遠高于疏水性增加導致抗膜污染性能的上升程度。與此同時，N-rGO-CM的防污活性優(yōu)于rGO-CM被進一步證實，由于N-rGO-CM更薄、更疏水的催化界面。
當引入臭氧時，與N-rGO-CM-I單獨過濾相比，觀察到較高的J/J0。大多數的SA分子被流動的水流輸送到N-rGO-CM-I催化層表面，然后被臭氧分解形成•OH。因此，這一過程顯著緩解了膜污染。但當N-rGO-CM-I和臭氧結合時，J/J0仍隨厚度、粗糙度和疏水性的增加而減小。催化層厚度和粗糙度增加對自清潔性能的影響仍然強于疏水性的增加對自清潔性能的影響。在這些試驗條件下，用催化臭氧化法提高原位N-rGO-CM-I自清潔性能的效率不足以克服由較厚的催化層和更容易積累引起的傳質阻力增加的負面影響。但是值得注意的是，N-rGO-CM-I與臭氧的斜率值低于N-rGO-CM-I單獨過濾的斜率值。雖然催化臭氧化不能完全克服這些對自清潔性能的負面影響，但它確實實現了性能的改善。因此，通過保持足夠高的臭氧濃度，可以控制N-rGO-CM-I耦合臭氧時的滲透通量。
圖5 N-rGO催化膜協(xié)同去除微污染物和有毒副產物
反應條件：[ozone gas] = 40 mg/L, [O3] = 2 mg/L, TMP = 0.6 bar, crossflow velocity = 1598.86 mL/min, [MPs] = 1.0 mg/L
在實際廢水處理過程中，無機陰離子和NOM是廣泛存在于水體當中的，這導致其與反應物種對目標污染物的競爭反應，導致目標污染物的分解效率降低。因此，以二沉池出水作為本底，對N-rGO-CM-I耦合臭氧的性能進行評價。如圖所示，首先對8種微污染物的降解進行評價。N-rGO-CM-I耦合臭氧能夠在10分鐘內實現這8種目標化合物(BZA, ACLV, SMX, CBZ, ABEE, p-CBA, PTA, and BP-4)的完全去除。然而，CM耦合臭氧對于SMX、CBZ和p-CBA沒有實現完全去除。這一結果表明，N-rGO-CM-I克服了臭氧氧化對于難降解微污染去除能力不足的缺陷。與此同時，N-rGO-CM-I耦合臭氧的自清潔性能是CM耦合臭氧的2.2倍。
此外，引入臭氧增加了膜的協(xié)同去污和自清潔性能，但可能增加有毒副產物（如酮醛)的形成。在單臭氧氧化后形成的14種酮醛的總濃度為746.87 mg/L。主要副產物為FA(183.21 mg/L)、Ace(292.71 mg/L)和But(111.27 mg/L)，其次為Hex(42.85 mg/L)和Cyclo(71.18mg/L)。這五種酮醛的總和構成了這類有毒副產物的90%以上。此外也發(fā)現了Gly（1.29 mg/L）和Mgly（11.33 mg/L）這兩種可能的致突變化合物。CM耦合臭氧能夠部分降低酮醛的形成(總濃度為684.53 mg/L)。這些微量的降低主要是由于[Pro]、[But]、[Hep]、[OCT]、[BenA]和[Non]的減少所導致的。與CM耦合臭氧結果不同，由于N-rGO-CM-I的更加先進的界面催化性能，N-rGO-CM-I的酮醛([總酮醛]=243.90 mg/L)的形成明顯減少。這一下降主要是由于Hex降低98.5%，Ace的形成降低97.7%，But的形成降低62.1%以及Cyclo的形成降低60.0%造成的。
對二沉池出水消毒后鹵化DBP的形成進行了鑒定，鹵代烴的總濃度為100.57 mg/L和1628.24 mg/L的鹵代羧酸。CM耦合臭氧能夠明顯降低鹵代烴 (總濃度為37.07 mg/L)和鹵代羧酸的形成(總濃度為624.58 mg/L)。N-rGO-CM-I耦合臭氧對消毒副產物前體的去除效率很高。鹵代烴和鹵代羧酸的形成量分別降低了96.37%和99.11%。并且在該過程中尚未檢測到高毒性的TCAN、DCAN和DCAAM，這是由于N-rGO-CM-I具有更高的的催化臭氧化能力。綜上所述，本研究設計的N-rGO-CM克服了二級出水中自由基和雜質反應所產生的抑制作用，并證明了對于有毒副產物酮醛、鹵代烴和鹵代羧酸前體物的卓越去除性能。
圖6 N-rGO催化膜的穩(wěn)定性分析結果
反應條件：[ozone gas] = 40 mg/L, [O3] = 2 mg/L, TMP = 0.6 bar, crossflow velocity = 1598.86 mL/min, [BZA] = 0.084 mM, [SA] = 30 mg/L
如圖6所示。由于N-rGO被均勻錨定在陶瓷膜表面，形成均勻的高性能活性中心。使得N-rGO-CM-I在微污染物去除和膜自清潔方面表現出優(yōu)異的穩(wěn)定性。N-rGO-CM-I在使用18次之后，依然保持較高的自潔性能和BZA去除性能。用水反沖洗后，N-rGO-CM-I的水通量恢復到初始水通量的97%，在接下來的過濾周期提供了高的水通量。反洗過程中活性中心吸附的降解產物被去除，反洗后對微污染物的催化活性大部分恢復。此外，催化層與CM之間的牢固程度也是不容忽視的。如下圖中的SEM表征結果，清晰地觀察到N-rGO牢固地負載在CM表面，經過多次使用之后，催化層厚度沒有明顯的變化。這使得N-rGO-CM-I在微污染物去除和膜自清潔方面表現出穩(wěn)定有效的協(xié)同性能，表明其在可持續(xù)地處理廢水過程中對于污染物去除方面的實用性，并且在這個過程中，有毒副產物的形成得到了有效地緩解。
1年免費保修服務 
售后1天內解決 
長期跟蹤質量服務 
購臭氧發(fā)生器送配件 
全國配送 
?? 
?? 
?? 
