近日，濟南大學水利與環境學院趙艷俠教授課題組在環境領域頂級期刊《Water Research》上發表了題為“An innovative exploration to identify and isolate the dominant-flocculated-species from polytitanium chloride synthesized by electrodialysis”的學術論文。2022級碩士研究生侯明倩為第一作者，導師趙艷俠教授為該論文的通訊作者。
圖 1 超濾分離法分離優勢絮凝物種的機理機制及混凝效果
優勢絮凝物種的豐度是決定混凝劑混凝性能的關鍵。鈦基混凝劑因其混凝效率高而備受關注，但如何鑒定并分離主要絮凝物種是目前面臨的一個挑戰。先前我們課題組通過精確的控制鈦水解物種與OH- 之間的微界面反應，利用電滲析法（ED）成功合成了富含優勢絮凝物種的聚合氯化鈦（PTC）。
隨后，通過一步快速超濾分離法（UF），PTC在0.12 MPa氮壓下通過截留分子量為5 kDa的超濾膜（由聚醚砜制成），成功分離出了富含優勢絮凝物種的PTC-5k。電噴霧飛行時間質譜法（ESI-TOF-MS）的結果證明，PTC-5k中的主要絮凝物為大比例信號集中在m/z值為100和 500之間的中小型鈦水解物種。與 PTC 相比，這種優勢絮凝物種在PTC用量減少了33.0%的前提下，對有機物污染物的去除率提高了約15.0%。且TEM顯示PTC-5k存在的獨特雪花狀分支結構增強了其混凝時網布卷掃和吸附架橋絮凝的能力。與 PTC 相比，PTC-5k形成的絮凝物更加緊密。因此，在混凝耦合陶瓷膜錯流過濾時極大的減輕了膜污染。
混凝效果實驗表明PTC-5k在去除有機污染物方面明顯優于PTC。與PTC相比，PTC-5k將有機物的去除率提高了約15.0%。此外，PTC-5k被證明在降低濁度水平方面非常有效，在最佳劑量下，PTC-5k的殘余濁度約為1.79 NTU， PTC-5k的DOC去除效率比PTC高10%?20%。在最佳劑量下，PTC-5k顯著提高了UV254和DOC的去除率，分別提高了15%和11.6%。隨后，使用SEC-OCD-OND測試討論了PTC-5k在有機物去除方面的具體優勢。 PTC-5k 的 BP去除率為54%。關于氨，通過混凝去除率約為40%。
圖 2 PTC-5k混凝效果圖
本論文的研究結果不僅通過一步快速分離法分離了鈦基絮凝劑，實現了鈦基優勢絮凝物種的成功分離，為絮凝劑的純化、混凝效果的提升、環境保護以及膜濾混合工藝實際應用等方面提供了巨大的參考價值。本研究受國家自然科學基金，山東省泰山學者青年專家計劃和山東省優秀青年創新團隊計劃的資助。論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043135424004172
撰稿：侯明倩 編輯：張雅靜 編審：張偉
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