[發明專利]一種納米生物炭改性PVDF平板膜及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 201810688330.2
• 申請日: 2018-06-28
• 公開（公告）號: CN108854595A
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發明（設計）人: 鄭劉春;陽月貝;黃嘉穎;許宗林
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: B01D71/34
• 分類號: B01D71/34;B01D69/06;B01D67/00;C02F1/44;C02F101/30
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

本發明屬于廢水處理技術中的膜分離技術領域，具體涉及一種納米生物炭改性PVDF平板膜及其制備方法與應用。將納米生物炭在膜制備時添加到聚合物鑄膜液中對PVDF進行共混改性制備得到納米生物炭改性PVDF平板膜，改性前的PVDF平板膜成疏松多孔海綿狀，且孔徑較大。改性后的PVDF平板膜膜孔孔數減少及孔徑變小，即改性PVDF平板膜的孔隙率和平均孔數減少了。該納米生物炭改性PVDF平板膜能截留去除水體中的染料，成本低廉，處理效果好。其對甲基橙溶液截留率達到了99.8％，對于其他的染料也有很好的發展前景。

技術領域

本發明屬于廢水處理技術中的膜分離技術領域，具體涉及一種納米生物炭改性PVDF平板膜及其制備方法與應用。

背景技術

膜分離技術被認為是“21世紀最有前途、最有發展前景的重大高新技術之一,它在工業技術改造中起著戰略性作用”。膜分離技術對許多傳統工業的優化與轉型起著很重要的作用。有科學家學者甚至表明“誰掌握了膜技術，誰就掌握了化學工業的未來”。膜分離技術指的是在外界能量或者化學位差的推動下，借助某種特定的膜的滲透作用，實現對兩種組分甚至多種組分混合的液體或氣體分離、分級、提純或者濃縮富集的分離技術。膜分離技術是近幾十年來才發展起來的新型的分離技術。膜分離技術廣泛應用在醫療、制藥、生物、電力、飲料與食品加工、石油化工、仿生、除菌、水處理以及海水淡化等諸多領域。

聚偏氟乙烯(PVDF)是一種常用的膜材料，它抗氧化活性強,在室溫的條件下不受酸、堿和強氧化劑以及鹵素等物質的腐蝕，耐化學性優異,熱穩定性強，機械強度大，成膜性能良好等優良性能。由于疏水性強而使其容易受到蛋白質和水處理系統中其他雜質的污染，導致膜通量下降，膜的使用壽命減小，更換成本增加。因此，PVDF改性已成為一個重要的研究方向。

目前PVDF膜改性方法主要有表面改性、化學改性和共混改性。但表面改性的涂覆層易從膜表面脫落、持久性差；化學改性會降低膜強度且過程復雜；共混改性操作簡便且反應條件溫和，因此與其他方法相比具有一定優勢。目前共混改性的納米無機粒子有納米二氧化鈦(TiO₂)、納米氧化鋁(Al₂O₃)、納米二氧化硅(SiO₂)等氧化物，但是他們的成本比較高。

生物炭是生物有機材料(生物質)在缺氧或絕氧環境中，經高溫熱裂解后生成的固態產物。既可作為高品質能源、土壤改良劑，也可作為還原劑、肥料緩釋載體及二氧化碳封存劑等，已廣泛應用于固碳減排、水源凈化、重金屬吸附和土壤改良等。生物炭對水中微量有機污染物具有良好的吸附能力，對工業廢水的吸附效果好，制備簡單，價格低廉。故而廣泛應用于各類廢水處理。將生物炭在膜制備時添加到聚合物鑄膜液中,用于提高親水性、抗菌特性、滲透性和機械強度。這為PVDF膜改性提供新的思路。

發明內容

本發明的目的是提供一種納米生物炭改性PVDF平板膜及其制備方法與應用。將納米生物炭在膜制備時添加到聚合物鑄膜液中對PVDF進行共混改性制備得到納米生物炭改性PVDF平板膜，改性前的PVDF平板膜成疏松多孔海綿狀，且孔徑較大。改性后的PVDF平板膜膜孔孔數減少及孔徑變小，即改性PVDF 平板膜的孔隙率和平均孔數減少了。該納米生物炭改性PVDF平板膜能截留去除水體中的染料，成本低廉，處理效果好。其對甲基橙溶液截留率達到了99.8％，對于其他的染料也有很好的發展前景。

本發明的技術方案為：

一種納米生物炭改性PVDF平板膜的制備方法，包括以下步驟：

(1)向納米生物炭中加入N，N-二甲基甲酰胺(DMF)，密封后超聲使其完全分散，得到納米活性炭-DMF分散體系；

(2)取聚偏氟乙烯(PVDF)和聚乙二醇(PEG)混合后加入納米活性炭-DMF 分散體系，在水浴條件下攪拌至溶液呈均勻流動石油狀，密封后置于恒溫箱中恒溫使氣泡逸出得到鑄膜液；

(3)將鑄膜液傾倒在潔凈干燥的玻璃板上，使用涂布器進行涂膜；