[發(fā)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(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910974091.1
• 申請(qǐng)日: 2019-10-14
• 公開（公告）號(hào): CN110694496A
• 公開（公告）日: 2020-01-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張巖;曹孟京;劉子奇;陳昌明;陳鋒華;柴毓曼;郭佳瑞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B01D71/82
• 分類號(hào): B01D71/82;B01D69/08;B01D67/00;C02F3/00
• 代理公司: 11203 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 劉萍

本發(fā)明公開了一種碳納米管表面改性中空纖維膜制備方法及其應(yīng)用。該膜制備方法其特征在于：解決了碳納米管層外涂覆中空纖維膜表面后不可反沖洗的技術(shù)難題；方法簡單、靈活可控，實(shí)用性較強(qiáng)；所述碳納米管表面改性中空纖維膜具有良好的穩(wěn)定性和抗污染性能。在碳納米管表面改性中空纖維膜上外加電壓應(yīng)用于厭氧膜生物反應(yīng)器，構(gòu)建出新型碳納米管厭氧電化學(xué)膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)。該系統(tǒng)裝置結(jié)構(gòu)簡單，易于操作組裝；具有優(yōu)異的抗污染性能和較高的COD去除效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是關(guān)于一種碳納米管表面改性中空纖維膜制備方法及其應(yīng)用，涉及有機(jī)中空纖維膜領(lǐng)域。同時(shí)，采用碳納米管表面改性中空纖維膜組建了一種新型碳納米管厭氧電化學(xué)膜生物反應(yīng)器，并闡明了其運(yùn)行方法，涉及污水處理及資源化利用領(lǐng)域。

背景技術(shù)

厭氧膜生物反應(yīng)器(AnMBR)污水處理工藝是一種將厭氧生物污水處理和膜分離相結(jié)合成功實(shí)現(xiàn)泥水分離的污水處理技術(shù)。但是膜污染帶來消耗能量較高的問題嚴(yán)重限制了厭氧膜生物反應(yīng)器的發(fā)展。微生物電解池的引入即厭氧電化學(xué)膜生物反應(yīng)器(AnEMBR)已被證明可以有效緩解膜污染、增加膜使用壽命，同時(shí)增大能量轉(zhuǎn)換效率，請(qǐng)參見“A novelanaerobic electrochemical membrane bioreactor(AnEMBR)with conductive onhollow-fiber membrane for treatment of low-organic strength solutions”，(Katuri,K.P.；Werner,C.M.；Jimenez-Sandoval,R.J.；Chen,W.；Jeon,S.；Logan,B.E.；Lai,Z.；Amy,G.L.；Saikaly,P.E.Environ.Sci.Technol.2014,48(21),12833-12841)。而目前市場上廣泛應(yīng)用的有機(jī)中空纖維膜材料如聚偏氟乙烯中空纖維膜并不具有導(dǎo)電性能，無法直接作為微生物電解池的陰極使用。因此，制備能夠通過導(dǎo)線外接電源的導(dǎo)電性中空纖維膜勢在必行。

對(duì)于用于陰極的雙功能膜組件，金屬材料的介入可能伴隨電極腐蝕導(dǎo)致出水含有金屬離子，這可能導(dǎo)致潛在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)更換下來的廢舊金屬膜組件帶來了資源回收的新問題，更與環(huán)境友好的出發(fā)點(diǎn)相悖。

國內(nèi)外研究表明，納米材料引入制膜材料是常用的膜改性方法之一，為AnEMBR提供了克服上述問題的新機(jī)會(huì)。其中碳納米管具有導(dǎo)電性優(yōu)異、化學(xué)性能穩(wěn)定、比表面積大和吸附能力及親水性良好等優(yōu)點(diǎn)。利用碳納米管對(duì)有機(jī)中空纖維膜進(jìn)行改性，可以使經(jīng)過改性的有機(jī)中空纖維膜同時(shí)具備導(dǎo)電及膜濾兩種功能。

對(duì)于聚合物復(fù)合膜常用的制備方法有共混法、原位聚合法、自組裝法以及直接負(fù)載法。直接負(fù)載法中的過濾涂覆法是一種可以應(yīng)用于改性膜領(lǐng)域而且相較于其他方法操作極為簡單、易于大規(guī)模生產(chǎn)的表面改性方法，因而備受重視。然而，利用過濾涂覆法制備出的碳納米管涂覆改性膜存在著碳納米層穩(wěn)定性較差、較易脫落等問題，尤其是涂覆于中空纖維膜外表面和片狀膜表面，請(qǐng)參見“Characterization and evaluation of carbonnanotube Bucky-Paper membranes for direct contact membrane distillation”,(Ludovic F.Dumée,Kallista Sears,Jürg Schütz,Niall Finn,Chi Huynh,StephenHawkins,Mikel Duke,Stephen Gray,Journal of Membrane Science,2010,351(351):36-43)；“Generating backwashable carbon nanotube mats on the inner surface ofpolymeric hollow fiber membranes”,(Gallagher M J，Huang H，Schwab K J，etal.Journal of Membrane Science,2013,446(446):59-67)。因此，如何有效的提高基體膜和碳納米管層之間的結(jié)合力使其應(yīng)用于污水處理領(lǐng)域是碳納米管改性膜的關(guān)鍵技術(shù)問題。