CN112604518A - 一种go-psf复合膜选择层及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种GO‑PSF复合膜选择层的制备方法,包括:取聚砜颗粒加入到二甲基乙酰胺溶液中,加入GO颗粒,超声后磁力搅拌至铸膜液灰色透明;将基膜浸泡在甘油中,保存备用;将基膜取出,去除膜表面多余的甘油,保持膜表面干燥;利用相转化法,使上述的铸膜液在上述处理好的基膜表面成膜,洗净后保存在去离子水中。本发明所制备出的GO‑PSF复合薄膜增加了亲水性、抗菌性能和抗污染能力,且相较于GO‑PSF共混膜,成本降低。
Description
技术领域
本发明涉及一种GO-PSF复合膜选择层及其制备方法和应用,属于污水处理技术领域。
背景技术
膜生物反应器(MBR)已成为当今最流行的污水处理技术之一。它将污染物的生物降解和微生物的膜分离融为一体,占地面积小、污染物排放浓度低、运行平稳、水质好是MBR的主要优点。
MBR在运行过程中会受到微生物不同程度的污染,微生物污染主要是指微生物及其代谢产物在膜表面的吸附集聚,形成生物膜。微生物被吸附后在膜内、膜表面迅速生长、繁殖,造成膜通量下降,需要通过频繁的反洗来恢复通量,易使得膜的结构破坏,膜使用寿命降低。
聚砜(PSF)膜具有强度高、热稳定性好、抗氧化性好、耐氯性好、除油效果好等优点,广泛应用于含油废水和其他污染物的深度处理,该聚合物易溶于N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAC),因此,聚砜经常被用作制膜材料,由于聚砜的疏水性,聚砜膜的表面容易受到污染。
随着膜污染的问题被人们日益关注,利用膜的表面改性的方法来降低膜污染。马聪等人通过共混的方式制备了不同氧化石墨烯(GO)含量的PVDF共混超滤膜,通过抑菌性实验、阻力分析测试等考察了GO掺杂对PVDF膜抑菌性能及抗生物污染性能的影响,取得了较好的抗污染效果。
然而,膜的抗污染性能很大程度上由表面的物化性质决定,共混膜中,大部分GO存在于膜的内部,并不增加抗污染性能,而由于GO的加价格,大大增加了膜的成本。因此,使用复合薄膜技术,将GO控制在膜表面能在不影响抗污染性能的情况下,降低膜成本。
然而,复合薄膜技术(旋涂、界面聚合等)会减小基膜孔径,降低膜通量,并不用于MBR。因此,需要通过预处理技术保护基膜的膜孔,防止复合薄膜层的聚合物渗入而导致膜孔被堵。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷,提供一种GO-PSF复合膜选择层及其制备方法和应用,增强了膜的亲水性,降低了膜污染,延长了膜的使用寿命。
为解决上述技术问题,本发明提供一种GO-PSF复合膜选择层的制备方法,包括:
取聚砜(PSF)颗粒加入到二甲基乙酰胺溶液中,加入氧化石墨烯(GO)颗粒,超声后磁力搅拌至铸膜液灰色透明;
将基膜浸泡在甘油中,保存备用;
将基膜取出,去除膜表面多余的甘油,保持膜表面干燥;
利用相转化法,使上述的铸膜液在上述处理好的基膜表面成膜,洗净后保存在去离子水中。
优选地,所述聚砜颗粒加入到二甲基乙酰胺溶液前放入真空干燥箱80℃干燥10h。
优选地,所述聚砜在铸膜液中的质量分数为10-15wt%。
优选地,所述GO在铸膜液中的质量分数为0.02-0.1 wt%。
优选地,所述超声时间为1-3h。
优选地,在60℃的温度下磁力搅拌。
本发明还提供一种上述的方法制备得到的GO-PSF复合膜选择层。
本发明还提供一种上述的GO-PSF复合膜选择层在膜生物反应器中的应用。
本发明所达到的有益效果:
(1)选择GO作为抗污染改性剂,利用GO的羟基、羧基、羰基和环氧官能团,增强膜的亲水性,降低膜污染,延长了膜的使用寿命。
(2)由于GO成本较高,制备含GO的复合薄膜,以PSF为基膜,GO-PSF作为选择层。基膜与选择层都使用PSF,可提高相容性,不易脱层。
(3)由于直接在基膜表面刮膜,膜孔易堵,使得通量急剧下降,故使用甘油浸泡基膜。留在膜孔中的甘油可避免刮膜时GO-PSF膜液的渗入,保护膜孔,减少膜孔的堵塞,以维持一定的通量。
附图说明
图1为本发明公开的GO-PSF复合膜试验流程图;
其中,1-次氯酸钠,2-蠕动泵,3-污水,4-膜,5-隔膜泵,6-真空表,7-反洗系统,8-抽滤系统,9-集水口,10-膜组件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明一种GO-PSF复合膜选择层的制备方法:将聚砜在真空烘箱中干燥10h,将一定量的干燥聚合物聚砜(8-15wt%,以下均为质量分数)、添加剂GO(0.02-0.1 wt%)和溶剂二甲基乙酰胺放入锥形瓶中,超声波作用1-3h,在60℃温度下用磁力搅拌溶解,直至铸膜液呈透明灰色,静置去泡。将浸有甘油的基膜(PSF)取出,除去多余的甘油,固定在玻璃板表面,用滤纸吸去表面的甘油,将铸膜液倒在湿膜制备装置前,使用不同厚度(50um,100um,150um)的刮刀将铸膜液均匀刮在基膜(PSF)表面,将玻璃板快速浸入水中,聚合物相变形成复合薄膜,洗净后静置在去离子水中备用。
如图1所示:膜组件10在污水用隔膜泵6抽滤,污水从膜4的集水口9流出,膜4上截留颗粒和微生物吸附从而降低通量。
如图1所示:膜4污染后经过反洗系统7,用蠕动泵2抽取次氯酸钠1通过集水口9进行反洗。
实施例1:
将聚砜在80℃真空烘箱中干燥10h,将聚砜(10wt%)、GO(0.025 wt%)和溶剂二甲基乙酰胺混合加入锥形瓶中,超声波作用120min,在室温下用磁力搅拌溶解,直至溶解铸造液呈透明灰色,静置10h。将浸有甘油的商业膜(PSF)取出,使用50um和100um的刮刀在PSF基膜上制膜。
实施例2:
进行抗污染实验,利用隔膜泵抽运行4-5h,使膜快速污染,通量降至初始通量的66.67%。配置0.2%次氯酸钠溶液,反洗2分钟,继续测试水通量,未经过GO改性的膜通量升至初始通量的77.83%;50um的GO-PSF膜的通量升至初始通量的88.83%,100um的GO-PSF膜的通量升至初始通量的和92.37%。可见,通过GO-PSF复合膜的制备,膜的抗污染性能提升。
实施例3:
将干燥的商业膜(PSF)取出,将GO-PSF铸膜液用刮刀在PSF基膜上制膜,将制备的膜安装在压滤实验装置,0.5MPa的压力下清水过滤测试膜通量与基膜相比,下降了85.5%,表明膜孔堵塞严重,已经不适用于MBR。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种GO-PSF复合膜选择层的制备方法,其特征在于,包括:
取聚砜(PSF)颗粒加入到二甲基乙酰胺溶液中,加入氧化石墨烯(GO)颗粒,超声后磁力搅拌至铸膜液灰色透明;
将基膜浸泡在甘油中,保存备用;
将基膜取出,去除膜表面多余的甘油,保持膜表面干燥;
利用相转化法,使上述的铸膜液在上述处理好的基膜表面成膜,洗净后保存在去离子水中。
2.根据权利要求1所述的一种GO-PSF复合膜选择层的制备方法,其特征在于,所述聚砜颗粒加入到二甲基乙酰胺溶液前放入真空干燥箱80℃干燥10h。
3.根据权利要求1所述的一种GO-PSF复合膜选择层的制备方法,其特征在于,所述聚砜在铸膜液中的质量分数为10-15wt%。
4.根据权利要求1所述的一种GO-PSF复合膜选择层的制备方法,其特征在于,所述GO在铸膜液中的质量分数为0.02-0.1 wt%。
5.根据权利要求1所述的一种GO-PSF复合膜选择层的制备方法,其特征在于,所述超声时间为1-3h。
6.根据权利要求1所述的一种GO-PSF复合膜选择层的制备方法,其特征在于,在60℃的温度下磁力搅拌。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的方法制备得到的GO-PSF复合膜选择层。
8.根据权利要求7所述的GO-PSF复合膜选择层在膜生物反应器中的应用。
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