[發明專利]一種尖晶石納米顆粒改性的陶瓷膜制備方法

在審

• 申請號: 202310124669.0
• 申請日: 2023-02-16
• 公開（公告）號: CN116099384A
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 嚴海濤;陳鋒濤;呂汪洋;陳文興
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: B01D71/02
• 分類號: B01D71/02;B01D65/02;B01D67/00;C02F1/44;B01J23/889;B01J27/224;B01J35/00;B01J37/02
• 代理公司: 浙江英普律師事務所 33238
• 代理人: 陳小良

本發明專利涉及分離膜材料技術領域，具體為一種尖晶石納米顆粒改性的陶瓷膜制備方法。本發明通過尿素模板犧牲法以及高溫核化和晶化處理技術在陶瓷膜表面和孔隙壁上原位制備納米尖晶石型催化劑，在陶瓷膜孔隙中構建了“納米催化反應器”，納米尺寸的尖晶石型催化，比表面積大，催化活化雙氧水產生羥基自由基，原位降解陶瓷膜孔隙中的不可污染物。該改性方法不影響陶瓷膜的滲透通量，而且陶瓷膜污堵后不需要酸堿化學清洗，不污染環境，不劣化陶瓷膜材料和膜組件，可廣泛應用于生活污水處理的膜生物反應器和飲用水的深度凈化等領域。

技術領域

本發明專利涉及無機及多孔材料技術領域，特別涉及陶瓷分離膜材料技術領域，具體為一種尖晶石納米顆粒改性的陶瓷膜制備方法。

背景技術

目前，為了響應國家可持續發展戰略，高效的處理水污染已經成為了重要的焦點問題。當前用于污水水處理與飲用水凈化中最常見的是膜分離技術，膜分離技術具有高效、節能、無相變、操作方便、無二次污染等優點，成為緩解資源短缺、能源危機和治理環境污染的重要措施，并得到世界各國的普遍重視。

膜元件按照材質可分為有機膜和陶瓷膜。與有機膜相比，陶瓷膜具有更好的機械性能和化學穩定性，既能在較高的膜滲透通量下穩定運行，又能承受高的反沖洗強度以取得更好的反沖洗效果。但是陶瓷膜在用于水處理、水資源回收利用或者飲用水深度凈化過程中，會不可避免的遭受膜污染問題。

陶瓷膜的污染是指在過濾過程中，被過濾水體中的微粒、膠態粒子或溶解性物質與膜之間存在物理、化學、生物或機械相互作用而在膜表面形成濾餅層或在膜孔內吸附、沉積使膜孔窄化或堵塞，導致膜過濾性能和分離特性大大下降的現象。膜污染造成的最直接的后果就是降低了膜的過濾性能，使水通量下降，從而提高了應用成本。根據水力反洗對膜通量的恢復情況可以將膜污染分為：可逆污染和不可逆污染。可逆污染主要由膜表面的累積濾餅層導致，可以通過水洗或氣水反洗去除；不可逆污染主要是在化學作用或生物作用下，小分子物質在膜表面或膜孔內吸附造成的，通過物理清洗方法很難去除。由于不可逆污染較去除比較困難，是導致膜污染降的主要原因，因此不可逆污染去除成為膜科學研究的重點。

目前，市場上常用于處理不可逆污染的方法是酸洗和堿洗，酸洗堿洗對于陶瓷膜的通量恢復確實有一定效果，但處理時間過長或處理次數過多會對陶瓷膜造成不可挽回的損傷，即導致膜劣化，因此，如何找到一種既能處理陶瓷膜的不可逆污染，又能不對膜造成損傷的方法十分關鍵。

發明內容

本發明的目的是針對上述陶瓷膜過濾過程中不可避免的膜污染的瓶頸問題，以及酸洗和堿洗帶來膜材料劣化等問題，提出一種在陶瓷膜表面和孔隙中原位生長尖晶石納米顆粒(MnFe₂O₄)，用來催化活化雙氧水降解陶瓷膜孔隙中不可逆污染物的方法。原位生長的尖晶石納米顆粒是通過尿素模板犧牲法以及高溫核化和晶化處理技術，緩釋效果優異，不會導致溶出物重金屬超標問題。尖晶石納米顆粒催化活化雙氧水產生羥基自由基，可以無選擇性氧化降解陶瓷膜中的不可逆污染，高效、安全和穩定。

為了達到上述目的，本發明通過以下技術方案來實現：

一種尖晶石納米顆粒改性的陶瓷膜制備方法，其特征在于：該改性陶瓷膜的制備包括以下步驟：(1)催化劑前驅體液的制備，(2)陶瓷膜飽和吸附，(3)目標金屬納米顆粒均勻沉積處理，(4)高溫晶化熱處理。

作為優選，上述一種尖晶石納米顆粒改性的陶瓷膜制備方法的步驟(1)是稱取一定量的尿素，加入去離子水中，隨后稱取一定濃度的Fe(NO₃)₃·9H₂O與Mn(NO₃)₂·4H₂O，加入去離子水中，攪拌至完全溶解，獲得深紅色的催化劑前驅體溶液。

作為優選，上述一種尖晶石納米顆粒改性的陶瓷膜制備方法的步驟(1)中，所述的Fe(NO₃)₃·9H₂O濃度為0.1～1mol/L。