我院刘百仓教授团队近期于期刊Desalination发表题为《气凝胶吸附剂与膜结合用于页岩气废水回用的高效系统》的学术论文。该论文的第一作者为博士研究生刘元慧，通讯作者为刘百仓教授、杨平教授。
研究亮点
1) 多孔生物炭气凝胶（PBA）吸附-超滤-纳滤工艺适用于多种页岩气废水。
2) 该工艺可去除>85.9% DOC和>70.6%二价离子。
3) PBA预处理有效缓解了膜污染。
4) XDLVO理论说明极性排斥减轻了超滤和纳滤的膜污染。
5) DOC降低可以减轻纳滤膜的协同污染。
文章简介
页岩气返排液和采出水(SGFPW)的内部回用可以缓解其处理和管理成本以及淡水供应压力。基于膜处理的SGFPW内部回用面临着二价离子和有机污染物去除以及膜污染控制等重大挑战。为解决上述问题，本研究将绿色高效的多孔生物炭气凝胶(PBA)与超滤(UF)-纳滤(NF)相结合，实现SGFPW的内重复使用。三种SGFPW对溶解有机碳(DOC，>85.9%)和二价离子(> 70.6%)的去除率表明PBA-UF-N工艺处理用于内部回用是可行的。利用三维激发-发射矩阵(3D EEM)荧光光谱、有机分馏和扩展的Derjaguin - Landau - Verwei - Overbeek (XDLVO)理论对SGFPW的有机组成进行识别并分析膜污染。PBA具有吸附疏水组分的倾向，能有效缓解超滤膜的疏水污染。通过PBA降低DOC，增加了极性斥力，降低了有机物与二价阳离子之间的协同污染，从而减轻了纳滤膜的污染。PBA-UF-NF工艺具有良好的有机污染物和二价离子去除效果，降低了膜污染，具有现场处理SGFPW内部回用的潜力。
图1.PBA-UF-NF工艺处理三种SGFPW各阶段的总体水质指标
图2. PBA-UF-NF工艺对三种SGFPW中离子的去除率
图3.超滤膜处理三种SGFPW后的扫描电镜（SEM）图像：没有(a-c)和有PBA吸附(d-f)预处理；超滤膜的ATR-FTIR光谱(g)，TMP在超滤过程中的变化(h)，TFI和HIFI的变化(i)。
图4.超滤工艺处理三种SGFPW中DOC (a)和UV254(b)的有机物亲/疏水分离
图5.污垢与超滤膜之间的表面张力和内聚力的界面自由能
图6.纳滤膜处理三种SGFPW后的扫描电镜（SEM）图像：没有(a-c)和有PBA吸附(d-f)预处理；超滤膜的ATR-FTIR光谱(g)，TMP在超滤过程中的变化(h)，TFI和HIFI的变化(i)。
图7.污垢与纳滤膜之间的表面张力和内聚力的界面自由能
原文信息
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.desal.2021.115545
部分作者介绍
第一作者
博士生：刘元慧
通讯作者
刘百仓教授
工作单位：四川大学新能源与低碳技术研究院
通讯邮箱：bcliu@scu.edu.cn
先进膜与水资源可持续利用团队：www.baicangliu.org
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