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聚丙烯在水处理中的应用与改性研究综述

放大字体  缩小字体 发布日期:2015-06-15  浏览次数:252
  摘 要:聚丙烯是常见的高分子材料之一,其具有耐冲击、耐有机溶剂、耐酸碱腐蚀等优点,在水处理中被广泛应用。该文综述了聚丙烯作为生物填料、微孔膜、吸附剂、滤料在水处理中的应用及表面改性、共混改性等相关改性研究进展,为拓展聚丙烯材料在水处理方面的应用提供相应的理论依据和技术参考。
  关键词:聚丙烯;水处理;改性研究;生物填料
  中图分类号 X703 文献标识码 A 文章编号 1007-7731(2015)10-110-04
  Abstract:Being the advantages of impact resistance,solvent resistance,acid and alkali corrosion,polypropylene is one of common polymer materials,which is widely applied in water treatment.This paper reviewed the application of polypropylene which were used as biological stuffing,microporous membrane,adsorbent,filter material in water treatment and the research of surface modification,blending modification,providing theoretical and references for the application of polypropylene in water treatment field.
  Key words:Polypropylene;Water treatment;Modification;Biological stuffing
  聚丙烯是5大通用塑料之一,据统计其用量居第2位,仅次于聚氯乙烯[1]。聚丙烯具有良好的化学稳定性,耐酸碱、耐高温、耐腐蚀,并且具有很高的机械强度,价格便宜,是一种性能优越的高分子材料[2]。以聚丙烯为原料制成的生物填料、微孔膜等已广泛应用于水处理领域中[3-4]。聚丙烯属于非极性高分子,其亲水性较差[5],为了进一步扩大聚丙烯材料的应用范围,许多专家学者尝试了采用不同方法对其进行改性处理,扩展了其应用性能与使用范围。
  1 聚丙烯在水处理中的应用
  1.1 生物填料 水处理中的生物填料是生物膜废水处理的核心技术之一[6]。生物填料是微生物的栖息和寄生场所,是形成生物膜的载体,在移动床生物反应器中具有十分重要的作用[7]。生物填料的种类繁多,填料的材质、性能、结构等直接影响着水处理的效果[7],因此其在废水处理中一直受到高度重视。聚丙烯材质填料作为生物填料的一种,已广泛应用于生物流化床等废水处理过程,与其他材质的填料相比,聚丙烯生物填料具有轻质、无毒、耐腐蚀、价格低廉、易于加工等优点。刘应才等[8]采用聚丙烯纤维组合填料处理西南某市小型污水处理厂的废水,发现向反应池中投加聚丙烯纤维组合填料,可以有效的改善出水水质。路远等[9]采用改性后的聚丙烯作为生物填料在生物膜法水处理中,填料的挂膜速度和终期氨氮去除率都明显得到提高。赫俊国[10]等用聚丙烯与沸石同时作为曝气滤池中的生物填料,比较了二者作为生物填料对废水的处理效果,发现聚丙烯填料的效果明显好于沸石填料。
  1.2 微孔膜 膜是具有选择性分离不同物质的功能性材料,而膜分离技术是利用膜的选择透过性、分离功能来实现不同组分物质的分离、纯化和浓缩[11]。聚丙烯微孔滤膜是由聚丙烯超细纤维热熔粘结在一起制成的,是属于深层过滤的一种膜料,已经在水处理领域得到了广泛的应用[12]。聚丙烯微孔膜理化性能稳定,并且具有良好的相容性,具有孔隙率高、孔径、纳污量大、耐压性好等特点,在使用过程中可以反冲和高温消毒[5]。聚丙烯微孔膜在水处理领域的应用主要体现在有价值物质及废水处理的回收和水的过滤2个方面。
  由于聚丙烯表面没有极性基团,表面能很小,所以其表面亲水性和润湿性很差,这就导致了聚丙烯微孔膜的水通量较小,使其表面与溶质之间存在憎水性,从而导致了微孔膜的污染[13],致使在水处理过程中膜维护和清洗的次数增多,运行费用增加,甚至还会产生不可逆的破坏损伤,使膜的使用寿命下降,限制了其在工业生产领域中的应用和推广[14]。仰云峰等[15]利用紫外光诱导接枝DMAEMA和季铵化或季铵化-交联反应,为聚丙烯微孔膜搭建了基于聚阳离子改性的抗菌表面,并通过抗菌性能测试发现,由CH3I季铵化生成的聚阳离子膜表面有良好的抗菌性,延长接触时间或提高表面正电荷密度有利于抗菌性能的增强,尤其在表面正电荷密度较大时,抗菌率高达100%。
  1.3 吸附剂 近年来,石油、原油产品以及苯等有毒有机溶剂产生的环境污染愈来愈多,尤其是对水环境的污染严重。目前我国对汽油、苯等有毒有害、易燃易爆有机物的泄露还没有彻底、高效、廉价的清除回收方法[16]。聚丙烯是一种高分子化合物,是由丙烯为单体聚合而成,具有较好的疏水亲油性,并且具有生产工艺简单、密度轻等特点,常用于处理有大量油污污染的水体[17]。王生春等[18]利用自制的中空聚丙烯纤维滤膜处理含油污废水,结果显示水中含油固体颗粒数量大幅下降。虽然聚丙烯这类化学合成类吸油材料对含油废水有一定的吸附能力,但在吸油能力和吸油速度等方面还有待提高。王文华等[19]对纳米聚丙烯纤维吸油特性及其对水面浮油的吸附进行了研究,结果表明纳米聚丙烯纤维对汽油、柴油、机油、原油的吸油能力都较好,纳米聚丙烯纤维在重复使用8次后仍具有较高的吸附容量。裴玉起等[20]用紫外辐照法制备聚丙烯-丙烯酸酯接枝共聚吸油材料,并以柴油为被吸附物,考察了聚丙烯非织造布接枝前后的吸油性能,结果表明,改性聚丙烯非织造布的吸油性能主要取决于非织造布的接枝率;当改性聚丙烯非织造布的接枝率为11.42%时,其吸油倍率可以达到12.55g/g,是改性前聚丙烯非织造布吸油倍率的1.65倍,表明改性后获得了良好的效果。
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