[發明專利]一種碳納米管表面改性中空纖維膜制備方法及其應用

在審

• 申請號: 201910974091.1
• 申請日: 2019-10-14
• 公開（公告）號: CN110694496A
• 公開（公告）日: 2020-01-17
• 發明（設計）人: 張巖;曹孟京;劉子奇;陳昌明;陳鋒華;柴毓曼;郭佳瑞
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B01D71/82
• 分類號: B01D71/82;B01D69/08;B01D67/00;C02F3/00
• 代理公司: 11203 北京思海天達知識產權代理有限公司
• 代理人: 劉萍

1.一種碳納米管表面改性中空纖維膜制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)中空纖維膜的預處理：將中空纖維膜浸泡于一元醇溶液中12～24小時，取出后用超純水沖洗干凈，自然晾干，得到處理好的中空纖維膜備用；所述中空纖維膜為有機中空纖維微濾膜；

(2)碳納米管分散液的制備：將表面活性劑Triton X-100加入到40～50℃的超純水中，水浴超聲分散；然后加入碳納米管粉末，超聲分散后攪拌；然后加入多巴胺粉末，超聲分散；待溶液分散均勻，加入三羥甲基氨基甲烷緩沖溶液即Tris-HCl緩沖液；攪拌后超聲分散，獲得碳納米管分散液；所述表面活性劑Triton X-100與超純水的體積比為0.9～1:100；碳納米管分散液中的多巴胺含量為60～100mg/L；碳納米管濃度為300～1000mg/L；

(3)碳納米管表面改性中空纖維膜的獲取：通過過濾涂覆法將碳納米管分散液涂覆于中空纖維膜表面，自然晾干得到碳納米管表面改性中空纖維膜。

2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，一元醇溶液為乙醇溶液或者異丙醇溶液，體積分數為25％～50％。

3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述Tris-HCl緩沖液為0.1mol/L的三羥甲基氨基甲烷溶液由鹽酸溶液調節pH值至8.5配制而成；Tris-HCl緩沖液與超純水的體積比為1:10。

4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，在40～50℃，30～60r/min條件下進行過濾涂覆。

5.碳納米管厭氧電化學膜生物反應器，其特征在于，包括反應器主體系統、監測系統和氣體收集系統；反應器主體系統包括進水泵(1)、進水口(2)、污泥區(3)、反應柱(4)、碳納米管表面改性中空纖維膜(5)、出水口(6)和出水泵(8)；監測系統包括pH電極(9)、ORP電極(10)、DO電極(11)、參比電極(13)、陰極導線(14)、陽極導線(15)和壓力表(7)；氣體收集系統包括氣袋(12)；

反應器底部污泥區(3)由厭氧活性污泥和以鉑片為核心的石墨碳氈構成，污泥全部負載于石墨碳氈內；污泥區(3)為陽極，鉑片頂端與陽極導線(15)相連；碳納米管表面改性中空纖維膜(5)為陰極，垂直放置于反應柱(4)內；碳納米管表面改性中空纖維膜(5)頂端與陰極導線(14)相連；進水泵(1)和進水口(2)相連；碳納米管表面改性中空纖維膜(5)、出水口(6)、壓力表(7)和出水泵(8)依次相連；監測系統中的pH電極(9)、ORP電極(10)、DO電極(11)、參比電極(13)、陽極導線(15)、陰極導線(14)和集氣袋(12)均位于反應器上端；參比電極(13)、陰極導線(14)和陽極導線(15)均與外部電化學工作站相連。

6.應用如權利要求5所述的碳納米管厭氧電化學膜生物反應器的方法，其特征在于，廢水經進水泵(1)增壓，進入污泥區(3)；經碳納米管表面改性中空纖維膜膜組件(5)過濾進入出水口(6)流出；跨膜壓差由壓力表(7)測定；反應器內部環境由pH電極(9)、ORP電極(10)、DO電極(11)在線監測；污泥陽極區(3)和膜組件陰極區(5)的電壓和電流情況由外部電化學工作站在線監測；產生的能源氣體由氣袋(12)收集；

反應器運行過程中，碳納米管表面改性中空纖維膜膜組件(5)全部浸沒在水中；pH電極(9)、ORP電極(10)、DO電極(11)和參比電極(13)探頭始終浸沒在水中；反應器內部為厭氧環境，pH值為6.5～7.5；膜組件(5)表面施加電壓為-0.4～-1.5V；水力停留時間為6～72h。