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电催化氧化耦合纳滤处理染料废水的数值模拟和实验研究

电催化氧化耦合纳滤处理染料废水的数值模拟和实验研究. 报告人：孙玉宽 专 业：化工过程机械 指导教师：许莉教授. 目录. 课题背景 最新相关模型简介 课题开展思路 时间安排 参考文献. 课题背景. 膜分离在化工、生物、医药、食品、环境保护等领域得到广泛应用。. 优点 无化学反应 无需加热 无相变转换 不会破坏生物活性. 课题背景. 浓差极化 水透过膜使膜表面的溶质浓度增加，在浓度梯度作用下，平衡状态时，膜表面形成溶质浓度边界层，它对水的透过起着阻碍作用。. 课题背景. 浓差极化和膜污染不良影响：

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电催化氧化耦合纳滤处理染料废水的数值模拟和实验研究

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Presentation Transcript

  1. 电催化氧化耦合纳滤处理染料废水的数值模拟和实验研究电催化氧化耦合纳滤处理染料废水的数值模拟和实验研究 报告人：孙玉宽 专 业：化工过程机械 指导教师：许莉教授

  2. 目录 课题背景 最新相关模型简介 课题开展思路 时间安排 参考文献

  3. 课题背景 膜分离在化工、生物、医药、食品、环境保护等领域得到广泛应用。 优点 无化学反应 无需加热 无相变转换 不会破坏生物活性

  4. 课题背景 浓差极化 水透过膜使膜表面的溶质浓度增加，在浓度梯度作用下，平衡状态时，膜表面形成溶质浓度边界层，它对水的透过起着阻碍作用。

  5. 课题背景 • 浓差极化和膜污染不良影响： • 引起渗透压升高，导致溶剂渗透通量下降 • 溶质通过膜的通量上升 • 堵塞膜孔 • 严重时使膜丧失分离性能

  6. 课题背景 • 减弱浓差极化和膜污染的措施 • 降低溶质在料液中的浓度 • 适当降低跨膜压力 • 降低膜表面浓度 • 两相流法 • 外加直流电场法

  7. 课题背景 电催化氧化电极耦合纳滤 电场耦合纳滤 纳滤 但是确切定量理论机理尚不明确，急需数学理论解释 电催化氧化耦合纳滤的通量

  8. 相关报道 Kapellos、Schulenburg、Picioreanu等[9]在研究中将膜视为多孔介质,模拟了膜污染的形成。 Vrouwenvelder[10]等采用耦合模型计算了螺旋式反渗透/纳滤膜污染的形成，并通过实验验证。 Rahimi[11]等采用CFD中的离散相模型模拟了微滤过程的膜污染，并实验验证了该模型。 Ahmad[12]等采用CFD模拟了不同条件下的浓差极化分布曲线、传质系数和壁面剪切力。

  9. 相关报道 Schwinge et al.[13](2002)用CFD软件模拟了不同的装置中，雷诺数，网格大小和密度对膜过程的渗透通量的影响。 Wiley and Fletcher[14] (2003)针对压力驱动膜分离过程对浓差极化做了模拟。 S. Wardeh[15]用有限体积法，利用CFD模拟纳滤膜过程中，渗透通量大小。 Fimbres、Ranade、Koutsou、Li[16]等研究了来流攻角和隔网内角变化对传质及能耗的影响。

  10. 相关报道 Shen and Probstein[17]针对电场耦合超滤处理废水提出一个简单模型。 Probstein[18]再次基础上提出一个模拟超滤凝胶层的模型。 Biswajit Sarkar[19]针对电场辅助超滤处理含有果胶和蔗糖果汁做了模拟。

  11. 单纯纳滤过程CFD模拟 物理模型 S. Wardeh对纳滤过程模拟的物理模型 （chemical engineering research and design 2008年）

  12. 单纯纳滤过程CFD模拟 数学模型

  13. 单纯纳滤过程CFD模拟 数学模型

  14. 单纯纳滤过程CFD模拟 边界条件

  15. 单纯纳滤过程CFD模拟 结论

  16. CFD对直流电场提高渗透通量的研究 物理模型 (Journal of Membrane Science (2008))

  17. CFD对直流电场提高渗透通量的研究 数学模型

  18. CFD对直流电场提高渗透通量的研究 数学模型

  19. CFD对直流电场提高渗透通量的研究 边界条件

  20. CFD对直流电场提高渗透通量的研究 结论

  21. 文献综述 总结模型特点 连续性方程 动量方程 传质扩散方程 渗透压模型

  22. 课题开展思路

  23. 课题开展思路 模型建立思路 数值模拟纯纳滤过程中膜污染和浓差极化和渗透通量的情况； 数值模拟电场耦合纳滤过程中浓差极化的情况； 数值模拟电催化氧化耦合纳滤过程中浓差极化和渗透通量的情况

  24. 时间安排 2013.10~2013.11 查阅文献资料 2013.12~2014.05 建立模型进行数值计算 2014.06~2015.03 实验及数据处理 2015.04~2015.05 毕业论文书写 2015.05~2015.06 论文修改及论文答辩

  25. 参考文献 [1] 程云，周启星，马奇英等．染料废水处理技术的研究与进展[J]．环境污染治理技术与设备，2003，4(6)：56- 60. [2] Konstantinou I K, Albanis T A, TiO2-assisted photocatalytic degradation of azo dyes in aqueous solution: kinetic and mechanistic investigations: a review,Applied Catalysis B: Environmental, 2004, 49(1): 1~14 [3] Wu T, Liu G, Zhao J, et al. Photoassisted degradation of dye pollutants. V. Self-photosensitized oxidative transformation of rhodamine B under visible lightirradiation in aqueous TiO2 dispersions, J Phys Chem B, 1998, 102: 5845~5851 [4] Mrowetz M, Selli E, Effects of iron species in the photocatalytic degradation of an azo dye in TiO2 aqueous suspensions, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 2004, 162(1): 89~95 [5] 黄巡武，黄志龙主编，纺织废水治理技术与管理，四川成都：四川科学技术出版社，1990，7~12

  26. 参考文献 [6] 冀滨弘，染料工业废水处理的现状与进展，污染防治技术，1998，43(4)：250~253 [7] J. J. Porter, C. Brandon, Zero discharge as exemplified by textile dyeing and fishing, Chemtech, 1976, (6): 402~407 [8] 张国徽，印染废水的来源和分析，中国环境科学学会学术年会优秀论文集，2006，2206~2210 [9] 朱宏飞，李定龙，朱传为，印染废水的危害及源头治理举措，环境科学与 管理，2007，(11)：89～92 [10]王村，电化学氧化与纳滤法耦合处理染料废水：[硕士学位论文]，天津大学，2009 [11]王宇新，黄翠玲，王世昌，超滤中膜表面的凝胶层浓度，膜科学与技术，1991，11（1）：58~62 [12]Santos V, Morao A, Pacheco M J, et al. Electrochemical degradation of azo dyes on BDD: effect of chemical structure and operating conditions on the combustion efficiency, J. Environ. Eng. Manage., 2008, 18(3): 193~204

  27. 参考文献 [13]Peeva L G, Gibbins E, Luthra S S, et al. Effect of concentration polarization and osmotic pressure on flux in organic solvent nanofiltration, J. Membr. Sci., 2004, 236(1-2): 121~136 [14]Bhattacharjee S, Sharma A, Bhattacharya K, Surface interactions in osmotic pressure controlled flux decline during ultrafiltration, Langmuir, 1994, 10(12): 4710~4720 [15]Bruggen B V, Daems B, Wilms D, et al. Mechanisms of retention and flux decline for nanofiltration of dye baths from the textile industry, Sep. Purif. Technol., 2001, 22~23: 519-528 [16]Bowen W R, Williams P M, The osmotic pressure of electrostatically stabilized colloidal dispersions, J. Colloid. Interf. Sci., 1996, 184(1): 241~250 [17]Geraldes V, Semial V, Pinho M N, Flow and mass transfer modeling of nanofiltration, J. Membr. Sci., 2001, 191(1-2): 109~128

  28. 参考文献 [18] 吴勇民, 李甫, 黄咸雨, 等. 含酚废水处理新技术及其发展前景[J].环境科学与管理, 2007, 32(3): 150-153. [19] 邹丞, 黄冲, 潘一, 等. 苯酚废水电化学处理方法研究进展[J]. 当代化工, 2013,42（3）：325-328. [20]杜利顺. Ti/SnO2+Sb2O3电极优化及电解氧化对纳滤处理染料废水的影响,硕士,天津大学,2012 [21]郭志. 电催化氧化及其与纳滤的耦合过程处理难生化类有机废水,硕士,天津大学,2013 [22]冯玉杰, 崔玉虹, 孙丽欣, 等. 电化学废水处理技术及高效电催化电极的研究与进展[J]. 哈尔滨工业大学学报, 2004, 36(4): 450-455. [20]张全兴，刘天华．我国应用树脂吸附法处理有机废水的进展[J]．化工环保，1994，14(6)：344-347．

  29. 参考文献 [21]吴勇民，李甫，黄咸雨等．含酚废水处理新技术及其发展前景[J]．环境科学与管理，2007，32(3)：150-153． [22]雷晓东，熊蓉春，魏刚．膜分离法污水处理技术[J]．工业水处理，2002，22(2)：1-3． [23]王翠，史佩红，杨春林等．电化学氧化法在废水处理中的应用[J]．河北工业科技，2004，21(1)：49-53． [24]李保华，马燕，黄蕾．金属氧化物电极及其在有机废水处理中的应用研究进展[J]．世界科技研究与发展，2012，34(6)：950－953． [25]宋秀丽，杨慧敏，梁镇海．钛基氧化物阳极中间层的研究进展[J]．电化学，2013． [26]周笑绿，谭小文，李环等．采用自制电极处理印染废水[J]．上海电力学院学报，2013，29(2)．

  30. 参考文献 [28]Jia J, Yang J, Liao J, et al. Treatment of dyeing wastewater with ACF electrodes, Water Res., 1999, 33(3): 881~884 [29]Vlyssides A G, Loizidou M, Karlis P K, et al. Electrochemical oxidation of textile dye wastewater using a Pt/Ti electrode, J. Hazard. Mater., 1999, 70(1-2): 41~52 [30]Rajkumar D, Kim J G, Palanivelu K, Indirect electrochemical oxidation of phenol in the presence of chloride for wastewater treatment, Chem. Eng. Technol., 2005, 28(1): 98~105 [31]Rajkumar D, Kim J G, Oxidation of various reactive dyes with in situ electro-generated active chlorine for textile dyeing industry wastewater treatment, J. Hazard. Mater., 2006, 136(2): 203~212 [32]Panizza M, Cerisola G, Direct and mediated anodic oxidation of organic pollutants, Chem. Rev., 2009, 109(12): 6541~6921 [33]Rio A I, Molina J, Bonastre J, et al. Influence of electrochemical reduction and oxidation processes on the decolourisation and degradation of C.I. Reactive Orange 4 solutions, Chemosphere, 2009, 75(10): 1329~1337

  31. 参考文献 [34]Recio F J, Herrasti P, Sires I, et al. The preparation of PbO2 coating on reticulated vitreous carbon for the electro-oxidation of organic pollutants, Electrochimi Acta, 2011, 56(14): 5158~5165 [35]Panizza M, Cerisola G, Electrochemical degradation of methyl red using BDD and PbO2 anodes, Ind. Eng. Res., 2008, 47(18): 6816~6820 [36]Montilla F, Morallon E, Battisti A D, et al. Preparation and characterization of antimony-doped tin dioxide electrodes. Part 2 XRD and EXAFS characterization, J. Phys. Chem. B, 2004, 108(16): 5044~5050 [37]Montilla F, Morallon E, Battisti A D, et al. Preparation and characterization of antimony-doped tin dioxide electrodes. 3. XPS and SIMS characterization, J. Phys. Chem. B, 2004, 108(41): 15976~15981

  32. THANKS

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