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环境友好的纳米纤维涂层滤材及其饮用水处理应用技术
Category of Research Project:国家高技术研究发展计划(863计划)
list of participants :王栋,李沐芳,赵青华,蒋海青,薛潇,陆莹,薛潇,夏明等
beginning and ending dates :2013.1-2015.12
1) 杀菌消毒纳米纤维规模化生产技术研究
以可再生的生物质材料纤维素酯与热塑性聚合物共混体系为基础,研究熔融共混纺丝技术制备新型纳米纤维。研究共混物组成、材料流变性、界面性能及熔融共混的条件等对纤维的尺寸和尺寸分布、纤维的耐磨性、耐腐蚀性以及强度的影响;研究纳米纤维的物理形态、纳米纤维自身功能团种类、纳米纤维上固定的化合物种类、负载量和分布密度对分解有毒化学物质、消灭生物有害物质和吸附重金属综合效果的影响;优化杀菌消毒纳米纤维的物理和化学结构,并在此基础上进一步研究功能化热塑性聚合物纳米纤维大规模工业化生产过程中的关键问题和工艺条件;研究加工过程中设备加工通道直径、拉伸系数、温度、热塑材料的组成对规模化放大的影响;并对不同的纤维制造成本进行综合评价,形成多种类、低成本纳米纤维的大规模制造技术。设计纤维素酯的动态溶剂提取装置,并研究和发展纤维素酯原料回收利用的关键技术,实现生产过程的环保、节能要求。
2) 新型功能化纳米纤维涂层滤材制备技术研究
发展将具有大长径比的纳米纤维稳定分散成纳米纤维悬浮液的关键技术,考察分散介质和机械力对纳米纤维悬浮液制备的影响,解决纤维材料易缠结和聚集的难题;研究流体辅助成型将纳米纤维悬浮液涂覆于基材上,形成纳米纤维涂层滤材的成套生产技术;研究不同涂层技术对纳米纤维涂层的形态和物理结构的影响;研究对纳米纤维涂层的功能化改性技术,将能够杀菌、消毒的功能单体,或能够与重金属离子螯合的功能单体合成到纳米纤维表面,赋予纳米纤维涂层滤材杀菌、消毒或去除重金属离子的功能;研究纳米纤维涂层的厚度、物理和化学结构对污染饮用水的不同尺寸的固体悬浮物的过滤效果,Pb、Cd、Hg等典型重金属离子、高污染强度有机污染物的去除效率,细菌等生物有害物质的消灭率,以及色度、SS等水质指标的影响;综合评估纳米纤维涂层滤材去除污染物的有效性和经济性。建立一条100吨/年功能性纳米纤维涂层滤材的生产技术示范线。
3) 纳米纤维过滤装置及功能再生技术研究
设计、研制集杀菌、消毒、重金属吸附的过滤装置:研究纳米涂层滤材的空间结构,过滤器进、出水及布水系统等对过滤效果与过滤通量的影响;根据不同的水质水量条件,优化工艺参数;考察装置的运行特征、抗冲击负荷能力、工艺稳定性,并进行设备优化设计,对装置的整体经济性进行综合评价。纳米纤维过滤装置功能再生技术研究:考察纳米纤维涂层过滤装置对含有不同有机污染物、生物有害物质及重金属元素的饱和过滤量,发展功能再生技术,以实现过滤装置的长周期运行,使用维护的便利性,优化运行参数,提高处理效率。
4) 饮用水保障工程示范
对示范工程区的水质进行调查,确定农村分散式饮用水处理工艺,对饮用水中典型难降解、高生物毒性有机物的跟踪检测,根据运行结果,对装置进行优化。最后对整个工艺的安全性和经济性进行科学的评价,建立饮用水保障工程示范。