[發明專利]具有吸附/電催化/膜分離三重功能的炭膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201710340881.5
• 申請日: 2017-05-15
• 公開（公告）號: CN107051218B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 李琳;潘宗林;楊佳偉;陶平;宋成文;王春雷;王同華
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B01D67/00
• 分類號: B01D67/00;B01D71/02;B01J20/30;B01J20/20;B01J21/18;B01J23/34;B01J23/72;B01J23/745;B01J23/755;B01J35/00;C02F1/28;C02F1/44;C02F1/467;C02F101/
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李娜;李馨

本發明涉及一種具有吸附/電催化/膜分離三重功能的炭膜及其制備方法，屬于新型膜材料技術領域。本發明在電催化炭膜基礎上提出采用具有吸附功能的多孔碳材料為前驅體制備炭膜，調節其多級孔道結構，調控其吸附和膜分離性能，同時在炭膜基體上負載催化劑，實現吸附/電催化/膜分離三重功能的一體化，設計制備出具有吸附/電催化/膜分離三重功能的炭基膜材料。利用該三重功能炭膜材料進行水源水的深度凈化和廢水的深度處理，其發達的孔隙結構能夠有效吸附水中有機物分子、微生物和重金屬等污染物，使其富集在膜表面和孔道內，同時結合膜分離和電催化氧化功能，將污染物分離、降解，達到深度凈化的效果。

技術領域

本發明涉及一種具有吸附/電催化/膜分離三重功能的炭膜及其制備方法，屬于新型膜材料技術領域。

背景技術

水是生命之源，是人們生產、生活必需的寶貴資源。然而，隨著工業的快速發展和人口的迅速增長，目前我國很多地區的水源水都受到污染物的影響，成為微污染的水源水。盡管微污染水源水中污染物濃度很低，但由于其具有難降解、可生物積累等特性，對身體健康和生命安全造成了嚴重的影響。另一方面，工業廢水和城市污水的回用在緩解淡水資源的短缺方面具有巨大的潛力，而當前經過二級處理的廢水通常仍不能達到排放及回用標準的要求，主要問題是二級處理后水中仍殘留有一些難生化降解有機物。目前為了有效去除微污染水源水和二次處理廢水中的污染物，研究人員開展了大量的研究工作。

膜分離技術由于具有高效節能、環境友好等技術特點而被廣泛應用，采用膜分離技術可以有效的去除水中的有毒有害物質，已成為水資源深度處理的核心技術。但不同的膜技術如微濾、超濾技術都存在著一定的局限性，無法單獨達到水深度處理要求；反滲透技術雖然能夠達到深度處理要求，但其所需的壓力推動力較大，使得能耗較高，同時還面臨著膜污染的問題。在實際的水深度處理過程中，通常采用將膜技術與活性炭或生物活性炭及高級氧化技術等組合應用，以達到降低能耗，提高處理效果目的，但此類組合工藝過程復雜且設備投資較高。以上種種原因導致了目前水的深度處理成本居高不下。

炭膜是一種新型的炭基膜材料，由于其不僅具有無機膜材料優異的熱穩定性和化學穩定性，同時具有炭材料優良導電性能和發達孔隙結構的特點，引起了研究學者們的廣泛關注。針對水處理過程中膜污染等問題，中國專利CN 101559332A提出將導電炭膜與電催化電極進行一體化設計，制備出具有電催化氧化功能的炭膜材料，應用于廢水處理，結果表明該電催化炭膜具有自清潔功能，相比傳統膜材料其處理效率得到很大提高，同時使得處理工藝簡化，降低了能耗。

本發明在此電催化炭膜基礎上提出采用具有吸附功能的多孔碳材料為前驅體制備炭膜，調節其多級孔道結構，調控其吸附和膜分離性能，同時在炭膜基體上負載催化劑，實現吸附/電催化/膜分離三重功能的一體化，設計制備出具有吸附/電催化/膜分離三重功能的炭基膜材料。利用該三重功能炭膜材料進行水源水的深度凈化和廢水的深度處理，其發達的孔隙結構能夠有效吸附水中有機物分子、微生物和重金屬等污染物，使其富集在膜表面和孔道內，同時結合膜分離和電催化氧化功能，將污染物分離、降解，達到深度凈化的效果。由于該炭膜材料實現了吸附/電催化/膜分離三重功能一體化，大大簡化水的深度處理工藝，節省設備投資，具有廣闊的應用前景。

發明內容

本發明在電催化炭膜基礎上提出采用具有吸附功能的多孔碳材料為前驅體制備炭膜，調節其多級孔道結構，調控其吸附和膜分離性能，同時在炭膜基體上負載催化劑，實現吸附/電催化/膜分離三重功能的一體化，設計制備出具有吸附/電催化/膜分離三重功能的炭基膜材料。利用該三重功能炭膜材料進行水源水的深度凈化和廢水的深度處理，其發達的孔隙結構能夠有效吸附水中有機物分子、微生物和重金屬等污染物，使其富集在膜表面和孔道內，同時結合膜分離和電催化氧化功能，將污染物分離、降解，達到深度凈化的效果。由于該炭膜材料實現了吸附/電催化/膜分離三重功能一體化，大大簡化水的深度處理工藝，節省設備投資，具有廣闊的應用前景。