[發明專利]一種具有同步脫氮除磷功能的超濾膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201610311681.2
• 申請日: 2016-05-11
• 公開（公告）號: CN105817148B
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 趙華章;王程齋;孟洪
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: B01D71/70
• 分類號: B01D71/70;B01D69/02;B01D67/00;C02F1/44;C02F101/10;C02F101/16
• 代理公司: 北京中譽威圣知識產權代理有限公司11279
• 代理人: 田昕,司麗春

技術領域

本發明屬于膜技術領域，具體涉及一種超濾膜鑄膜液及使用該鑄膜液獲得的具有同步脫氮除磷功能的超濾膜及其制備方法。

背景技術

近年來，水體富營養化已成為一個世界性的水環境問題，而水體中氮磷濃度超標是致使水體富營養化的最主要原因。

當前國內外使用的脫氮除磷方法主要包括生物法和化學法。生物脫氮是依靠生物菌硝化反硝化作用，將氨氮轉化為亞硝氮、硝氮進而轉化為氮氣，從而達到脫氮的目的；生物除磷是依靠聚磷菌好氧吸磷，厭氧釋磷的作用從而達到除磷的作用。生物法脫氮除磷工藝簡單、運行操作方便，但其處理效果有限、抗水力負荷較弱、出水水質不穩定、占地面積大、水力停留時間長，而且產生大量污泥。化學法主要依靠投加化學藥劑的方式，通過化學藥劑與水中的氮磷發生發應，達到脫氮除磷的目的。化學法操作簡單，但往往需投加大量化學藥劑、增加運行成本、產生大量且易造成二次污染的污泥，較難處理；同時后期需對化學藥劑進行分離，構筑物占地面積大，投資成本高。

鑒于現有方法在脫氮除磷中存在的不足，實際工藝過程中需要尋找一種簡單高效去除水體中氮磷離子的處理技術。膜分離是當前水處理工藝中廣泛應用的技術手段，具有占地面積小，分離過程無相變，高效環保易操作等優點。膜分離是依靠膜的截留作用實現污染物與水的分離，其主要技術包括微濾、超濾、納濾和反滲透等。當前，若想依靠膜分離實現對水體的脫氮除磷需采用納濾或反滲透技術，但納濾、反滲透技術運行壓力大，耗能高，通量小，且易產生膜污染等缺點限制了其在脫氮除磷方面的應用。目前，在微濾或是超濾層面上實現同步高效去除水體中硝酸根和磷離子的技術還未有文獻報道。

公開于該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

發明內容

本發明的目的在于提供一種超濾膜鑄膜液及使用該鑄膜液獲得的具有同步脫氮除磷功能的超濾膜，使用該鑄膜液獲得的超濾膜可以在超濾運行條件下實現對水體中氮磷的同步高效去除，其膜通量大、抗污染性能好、易于再生。

本發明的另一目的在于提供上述超濾膜鑄膜液及使用該鑄膜液獲得的超濾膜的制備方法，其制備方法簡單，成本低廉，易于實現工業化生產。

本發明通過以下技術方案實現上述目的：

一種超濾膜鑄膜液，其原料由按質量份計的以下組分組成：5～25質量份的金屬-季銨共聚物、8～25質量份的高聚物、1～10質量份的添加劑和60～86質量份的溶劑；其中所述金屬-季銨共聚物通過以下方法制備：

將金屬氯化物或金屬氯氧化物溶于水中，調pH至堿性，繼續攪拌后調pH至中性，得到混合液；將季銨加入混合液，水浴后常溫攪拌，離心得到聚合固體，洗滌，烘干后得到金屬-季銨共聚物；所述季銨的通式為：

其中R₁、R₂、R₃、R’和R”分別為碳數1～20的烷基，R”’為碳數1～10的烷基，a表示與所述季銨中Si相連的烷基R’的個數，3-a表示與所述季銨中Si相連的烷氧基OR”的個數，a為0～2。

上述技術方案中，所述金屬氯化物或金屬氯氧化物可以為八水合氯氧化鋯、氯化鋁、氯化鐵、氯化鋅、氯化銅、六水合三氯化鈰和氯化鑭中的任意一種。

上述技術方案中，所述金屬氯化物或金屬氯氧化物與季銨的摩爾比為1:4-6，優選為1:5。

上述技術方案中，所述金屬氯化物或金屬氯氧化物溶于水中的摩爾濃度為0.2-0.4mol/L，優選為0.3mol/L。

上述技術方案中，所述堿性為pH 8～9；所述調pH至堿性是在快速攪拌的條件下采用氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀或三者任意配比混合物進行的；所述繼續攪拌的時間為8～12h；所述調pH至中性采用的是去離子水；所述水浴的條件為在40℃～60℃的溫度下加熱攪拌2～4h；所述常溫攪拌的時間為24h；所述季銨是以乙醇溶液的形式加入混合液中的；所述洗滌為分別用乙醇和去離子水進行洗滌。

上述技術方案中，所述的高聚物為聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚醚砜、聚砜、乙烯-乙烯醇共聚物、磺化聚砜和聚丙烯腈中的任意一種；高聚物可以為超濾膜搭起框架。

上述技術方案中，所述的添加劑為聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇中的任意一種；添加劑的功能是增強超濾膜親水性，提高膜孔隙率。

上述技術方案中，所述的溶劑為N，N二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基亞砜中的任意一種。