[發明專利]一種用于膜復合污染控制的基于納米材料協同作用的膜制備方法

有效

• 申請號: 201910914314.5
• 申請日: 2019-09-24
• 公開（公告）號: CN112619428B
• 公開（公告）日: 2023-02-17
• 發明（設計）人: 郭曉燕;李春雨;高瞻;范守港;高惠宇
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: B01D65/02
• 分類號: B01D65/02;B01D67/00;C02F1/44
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本發明涉及一種用于膜復合污染控制的基于納米材料協同作用的膜制備方法。所述方法首先利用聚多巴胺(PDA)的超分子作用和還原能力將親水納米材料(Nano)和抗菌納米材料(Ag)耦合重排，構筑復合納米材料，然后將其與膜基質共混，制備Nano?PDA?Ag復合納米材料改性的超濾膜。制得的改性超濾膜具有顯著的親水抗粘附性能和優異的抗菌能力，從而實現了對有機污染和生物污染的同時調控，是一種有效的控制膜復合污染的膜制備方法。

技術領域

本發明屬于膜法水處理領域，具體涉及一種用于膜復合污染控制的基于納米材料協同作用的膜制備方法，即通過構筑抗有機污染和抗生物污染的納米復合材料，然后通過共混法制備改性的抗復合污染的超濾膜。

背景技術

膜分離技術在水處理領域應用廣泛。但是膜污染，包括膜有機污染和生物污染，容易導致膜通量下降，膜使用壽命縮短，系統運行成本增加等問題，限制了膜技術在水處理領域的應用。

目前，針對膜有機污染和生物污染常采用不同的策略進行處理。即對于膜有機污染，常利用納米材料，如TiO₂，SiO₂，Al₂O₃，CNT，HNT，CNC等，與膜基質共混來制備改性抗有機污染膜，通過提高膜的親水性來減輕有機物的附著，從而提高膜的抗有機污染能力。而對于膜生物污染，常通過添加納米抗菌材料如納米銀顆粒來制備抗菌殺菌膜以實現對膜生物污染的有效控制。但是，在實際運行過程中，有機污染和生物污染常常同時存在，這種由有機污染和生物污染共同作用形成的膜復合污染往往對膜造成更大的損壞和危害。當前，僅通過添加親水納米材料來提高膜親水性，降低污染物質在膜表面的沉積難以從根本上控制膜的生物污染，而僅添加納米Ag顆粒無法實現對有機污染的有效控制，且直接將納米Ag顆粒與膜基質共混，還存在納米Ag顆粒團聚、易流失，制備過程復雜(需用到還原劑，如硼氫化鈉)等問題。因此，亟需開發能夠抗復合污染(有機污染和生物污染)的膜，這對膜污染的有效控制具有重要的意義。

綜上所述，本發明的目的在于提供一種用于膜復合污染控制的基于納米材料協同作用的膜制備方法。通過利用生物材料聚多巴胺的超分子粘附作用力和還原能力將親水納米材料和抗菌納米材料進行耦合重排，構筑具有協同作用的復合納米材料，然后將其與膜基質共混，制得改性的抗復合污染超濾膜。親水納米材料與抗菌納米材料的協同作用能同時提高膜的抗粘附能力和抗菌/殺菌能力，實現對膜復合污染的有效調控，這可為膜復合污染問題的解決提供有效的控制策略。

發明內容

本發明的目的在于針對現有分離膜單獨控制有機污染和生物污染存在的問題，提出一種用于膜復合污染控制的基于納米材料協同作用的膜制備方法。

即通過利用生物材料聚多巴胺的強粘附能力和還原能力將親水納米材料與抗菌納米材料進行耦合重排，構筑一種復合納米材料，然后將其添加到膜基質中制備抗復合污染的改性膜，利用親水材料與抗菌材料的協同作用提高膜的抗粘附能力和抗菌/殺菌能力，為膜復合污染問題的解決提供一種有效的控制策略。

本發明通過以下技術方案來實現其目的：

(1)親水納米材料的選取

本發明選擇三種不同的納米材料即人工合成納米材料碳納米管(CNT)，天然納米材料埃洛石(HNT)及人工制備納米材料納米結晶纖維素(CNC)。其中，CNT及HNT直接過篩并烘干后備用，CNC經微晶纖維素(MCC)水解后烘干過篩備用。MCC水解過程為：稱取5-10g微晶纖維素粉于500mL燒杯中，加入63.5％的50-200mL的H₂SO₄溶液，在45℃下攪拌20-40min。然后加入500-1000mL冷卻蒸餾水終止反應。離心分離去除上清液，懸浮物經過多次離心洗滌，直至pH接近7。然后將懸浮物超聲分散30-60min，在冷凍干燥器中干燥36-48h，得到干燥產物CNC。

(2)親水納米材料-多巴胺復合納米材料的制備