[發(fā)明專利]一種多功能超濾膜及其制備方法和應(yīng)用

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• 申請日: 2021-06-18
• 公開（公告）號: CN113368702A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周政忠;徐莉莉;許鑫悅;劉莉;劉鵬;呼和濤力
• 申請（專利權(quán)）人: 常州大學(xué)
• 主分類號: B01D67/00
• 分類號: B01D67/00;B01D69/02;B01D71/34;B01D71/68;B01D61/14;C02F3/12;C02F101/20
• 代理公司: 南京縱橫知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 王玉

本發(fā)明公開了一種多功能超濾膜及其制備方法和應(yīng)用，包括：將冶金廢渣與生物質(zhì)共熱解，制備金屬顆粒負載生物炭材料；將金屬顆粒負載生物炭材料研磨后與聚合物、添加劑一同加入有機溶劑，攪拌超聲，形成均一的鑄膜液；利用相轉(zhuǎn)化法，使上述的鑄膜液相變成膜。本發(fā)明由于生物炭與聚合物分子鏈之間的作用力加強，抑制了生物炭顆粒團聚。本發(fā)明制備出的多功能超濾膜，較于普通聚砜膜，成本低廉，提高了膜性能，增強了膜對染料小分子的去除，降低了膜污染，延長了膜的使用壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種多功能超濾膜及其制備方法和應(yīng)用，屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

膜生物反應(yīng)器（MBR）已成為當(dāng)今最流行的污水處理技術(shù)之一。它將污染物的生物降解和微生物的膜分離融為一體，占地面積小、污染物排放濃度低、運行平穩(wěn)、水質(zhì)好是MBR的主要優(yōu)點。

膜是MBR水處理的核心，現(xiàn)如今MBR膜的種類以超濾和微濾膜為主，為保證性價比，聚合物材料配方的選擇有限，膜材質(zhì)大多為聚偏氟乙烯以及聚砜。為了提高膜的性能，膜科學(xué)家開展了大量研究，通過表面改性、有機無機雜化等手段，在水通量、抗污染能力方面都取得了較好的提升。在諸多前沿技術(shù)中，利用微納米結(jié)構(gòu)無機材料制備有機無機雜化膜，在調(diào)節(jié)膜結(jié)構(gòu)、優(yōu)化膜性能的同時，兼具催化氧化、重金屬吸附以及抗污染等效果，在污水處理領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。但面臨以下問題：1）無機顆粒團聚，造成膜結(jié)構(gòu)的缺陷，限制了超濾膜性能的進一步提升；2）對染料等小分子的截留率不理想；3）膜污染，微生物被吸附后在膜內(nèi)、膜表面迅速生長、繁殖，造成膜通量下降，需要通過頻繁的反洗來恢復(fù)通量，易使得膜的結(jié)構(gòu)破壞，膜使用壽命降低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種多功能超濾膜及其制備方法和應(yīng)用，提高了膜性能，增強了膜對染料小分子的去除，降低了膜污染，延長了膜的使用壽命。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種多功能超濾膜的制備方法，包括：

將冶金廢渣與生物質(zhì)共熱解，制備金屬顆粒負載生物炭材料；

將金屬顆粒負載生物炭材料研磨后與聚合物、添加劑一同加入溶劑，攪拌超聲，形成均一的鑄膜液；

利用相轉(zhuǎn)化法，使上述的鑄膜液相變成膜。

優(yōu)選地，所述冶金廢渣為煉鋁、煉銅或煉鋼廢渣，以（1：9）-（5：5）的質(zhì)量比與預(yù)處理后的生物質(zhì)在500-700℃共熱解，生成金屬顆粒負載生物炭材料。

優(yōu)選地，所述聚合物為聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯中的一種或多種的混合物；所述溶劑為N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺中的一種；所用添加劑為聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、氯化鋰、多肽中的一種或多種的混合物。

優(yōu)選地，所述聚合物加入到溶劑前在80℃真空干燥10-24h, 所述聚合物在鑄膜液中的質(zhì)量分數(shù)為15-21wt%；所述添加劑在鑄膜液中的的質(zhì)量分數(shù)為0.5-2wt%。

優(yōu)選地，所述金屬顆粒負載生物炭材料與聚合物的質(zhì)量比為（1：12）-（1：5）。

優(yōu)選地，所述超聲時間為1-3h。

優(yōu)選地，在60℃的溫度下磁力攪拌。

本發(fā)明還提供上述的方法制備得到的多功能超濾膜。

本發(fā)明還提供上述的多功能超濾膜在污水處理中的應(yīng)用。

本發(fā)明所達到的有益效果：

（1）將冶金廢渣與生物質(zhì)共熱解得到的金屬顆粒負載生物炭材料，生物炭的比表面積增加，重金屬吸附能力提升。因為在共熱解過程中，通過范德華力和氫鍵與生物質(zhì)組分和有機產(chǎn)物結(jié)合形成碳-氧-金屬中間體，該中間體在熱解過程中有利于絡(luò)合物的形成，可以提高吸附效果。

（2）金屬顆粒在生物炭表面分布均勻，無團聚現(xiàn)象，而生物炭與聚合物鏈段的作用力增強，以無團聚現(xiàn)象。成膜表面光滑均勻，結(jié)構(gòu)增強。