[發明專利]一種利用納米Fe3O4改性PVDF微濾膜的制備方法及其運用

在審

• 申請號: 201810546364.8
• 申請日: 2018-05-31
• 公開（公告）號: CN108479429A
• 公開（公告）日: 2018-09-04
• 發明（設計）人: 朱葛夫;李俊杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院城市環境研究所;中國科學院大學
• 主分類號: B01D71/34
• 分類號: B01D71/34;B01D67/00;C02F3/28
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

通過在傳統PVDF膜材料上負載納米Fe₃O₄顆粒，對膜進行改性，提升膜的親水性。并且由于Fe₃O₄具有導電性，在微生物處理過程中，可作為種間直接電子傳遞的導體，提高種間電子轉移效率，從而增加厭氧生物反應器中微生物的產甲烷量。此外，由于厭氧生物反應器中，微生物處理污染物時會產生一定量的有機酸，有機酸電離出來的H⁺會與Fe₃O₄發生反應，產生Fe²⁺和Fe³⁺。Fe²⁺會促進微生物的生長，Fe³⁺具有氧化性，能夠對污染物進行氧化，兩者均能提升微生物對污染物的降解效果。運用納米Fe₃O₄改性PVDF微濾膜提升微生物對氯酚類物質的降解處理效果，使污染物上的氯代基從苯環上脫離，降低污染物毒性，提高污染物的可生化性。

技術領域

本發明涉及有機廢水生物處理領域，具體涉及一種利用納米Fe3O4改性PVDF微濾膜的制備方法及其在厭氧生物處理系統中的運用。

背景技術

厭氧生物處理技術是處理高濃度、難降解、有機廢水的有效方法。但由于厭氧生物處理系統仍面臨著運行穩定性差和運行效能低的問題，將厭氧生物處理系統運用于實際高濃度、難降解、有機廢水處理還存在較大的難度。使用厭氧膜生物反應器能夠有效地提升厭氧生物處理系統穩定性和處理性能。

目前常用的膜材料有聚偏氟乙烯（PVDF），PVDF材料是一種半結晶材料，熔點為172℃，熱變形溫度112~145℃，能夠在-40~150℃溫度范圍內穩定使用。當溫度達到316℃以上時，PVDF才會分解。由于其具有優良的化學穩定性、熱穩定性以及易成膜等特性，PVDF在膜制備領域具有廣泛的應用。由PVDF材料制作的膜組件常用于膜蒸餾、氣體凈化、有機溶劑精制等方面，并且具有較好的處理效果及穩定性。

PVDF膜是一種疏水性膜，具有機械強度高，堅韌度高，對氣體和液體具有高滲透性，耐高低溫等特點，是國內外常用的膜過濾材料。對大分子，細菌，泥沙等雜質具有良好的處理效果。但是由于PVDF膜的鑄膜液是有機溶液，在使用膜對污染物進行過濾的過程中，污水中的有機污染物會附著在PVDF膜上，從而形成一層濾餅層。這會導致膜的通透性下降，影響膜對污染物的處理效果。特別是在膜生物反應器中，由于膜生物反應器中，微生物處理過程中會產生大量的EPS，在進行過濾的時候，這些EPS會粘附在膜表面，導致膜的通透性下降，提高膜的滲透壓，甚至會造成膜的損壞。

傳統應用的膜材料無法強化厭氧處理工藝對污染物的處理性能，并且傳統膜具有較強的疏水性，容易形成濾餅層，導致膜的通透性下降，提高膜的滲透壓。

發明內容

本專利開發一種能夠提升膜材料對厭氧生物處理系統的生物處理效果以及抑制膜污染的形成的膜材料。

為提升膜抗污染能力，減少污染物在膜表面的富集，本專利研究使用納米Fe₃O₄對PVDF膜進行改性，提升膜組件的抗污能力，延長膜組件的使用時間。通過在傳統PVDF膜材料上負載納米Fe₃O₄顆粒，對膜進行改性，提升膜的親水性。并且由于Fe₃O₄具有導電性，在微生物處理過程中，可作為種間直接電子傳遞的導體，提高種間電子轉移效率，從而增加厭氧生物反應器中微生物的產甲烷量。此外，由于厭氧生物反應器中，微生物處理污染物時會產生一定量的有機酸，有機酸電離出來的H⁺會與Fe₃O₄發生反應，產生Fe²⁺和Fe³⁺。Fe²⁺會促進微生物的生長，Fe³⁺具有氧化性，能夠對污染物進行氧化，兩者均能提升微生物對污染物的降解效果。