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地环学院研究生曾碧珍在Chemosphere发表论文

[日期:2022-07-23] 来源:地理环境学院 作者:

   近日,我院膜法课题组研究生曾碧珍在Chemosphere期刊发表题目为“Molecular insights into membrane fouling caused by polysaccharides with different structures in polyaluminum chloride coagulation-ultrafiltration process”的研究论文。Chemosphere为环境学领域重要期刊,影响因子为8.943。课题组研究生曾碧珍为该论文的第一作者,通讯作者为林红军教授。该成果得到浙江省自然科学基金项目、浙江省重点研发计划项目和浙江省“万人计划”项目的资助。


研究亮点

添加PACl后,直链卡拉胶的比过滤阻力(SFR)呈现单峰模式

支链黄原胶的SFRPACl的加入呈连续下降趋势

不同的SFR趋势与污染物层结构密切相关

配位顺序、凝胶形态变化和化学势可以解释SFR趋势

本研究提出了PACl混凝-超滤过程的分子水平机制


文章简介

   本研究对不同分子结构多糖在聚合氯化铝(PACl)混凝-超滤(C-UF)工艺中的膜污染机制进行了探讨。选择卡拉胶和黄原胶分别作为直链多糖和支链多糖的模型污染物。过滤实验表明,当PACl投加量为0-0.5 mM时,卡拉胶和黄原胶溶液的比过滤阻力(SFR)分别呈现单峰模式和连续下降模式。

Fig. 1. SFR changes of carrageenan and xanthan gum solutions with different PACl concentrations (polysaccharide concentration=0.2 g?L-1, TMP=60 kPa)

   一系列的实验研究表明,不同的SFR趋势与污染物层的结构密切相关。密度泛函理论(DFT)计算表明,在低PACl浓度下(0.15 mM)Al3+优先与卡拉胶链的末端磺酰基配位促进凝胶层的形成。凝胶层中结合水与渗透液中游离水之间存在化学势差,因此通过凝胶层过滤需要较高的SFR来克服化学势差。但是,在高PACl浓度下(0.5 mM)Al3+与卡拉胶的非末端磺酰基配位,促使卡拉胶由凝胶层向滤饼层转变,导致SFR降低。

Fig.2. Optical images and SEM images of foulant layers of (a) carrageenan and (b) xanthan gum formed on the membranes at typical PACl concentrations (subscript 1,2 and 3 represent 0, 0.15 and 0.5 mM PACl, respectively).

   反之,黄原胶本身具有复杂的聚合物网络,可以通过主链和支链的交错形成致密的凝胶层。Al3+与黄原胶支链上的羧基配位形成聚合物链簇和絮凝,使得SFR降低。这一分子水平的机制很好地解释了不同分子结构多糖的膜污染行为,也有利于优化C-UF工艺的水处理。

Fig.3. Schematic diagram of mechanisms responsible for the effects of PACl on carrageenan and xanthan gum.


【作者简介】

第一作者曾碧珍目前是浙江师范大学资源与环境专业在读研究生(研三),研究方向为膜污染机理与控制。目前已在STOTENChemosphere等期刊发表论文4篇。







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