CN113181774A - 一种碟管式氧化石墨烯定向分离膜及其应用 - Google Patents

一种碟管式氧化石墨烯定向分离膜及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种碟管式氧化石墨烯定向分离膜组件，包括膜壳、中心拉杆、上法兰、下法兰、氧化石墨烯定向分离膜袋、导流板、上轴封、下轴封、加压螺母等部件，所述氧化石墨烯定向分离膜袋为该组件核心部件，由两片氧化石墨烯定向分离膜以及内部出水格网组成。膜袋在经过氧化石墨烯自组装以及高温交联后，应用在碟管式膜组件上，可以实现有机物和无机盐，以及不同价态无机盐的定向分离，并且可以利用氧化石墨烯材料性质有效控制膜污染，是一种全新的氧化石墨烯膜工程化组件。本发明可以应用于生活污水处理、工业污水处理、海水淡化、分盐、有机溶液过滤等各项领域。

Description

一种碟管式氧化石墨烯定向分离膜及其应用
技术领域
本发明属于水处理技术领域，尤其涉及一种碟管式氧化石墨烯定向分离膜的制备方法、组件组成及其在多种领域的使用方法。
背景技术
随着我国经济发展社会进步，政府和人民群众对于环境问题日益重视。在诸多环境问题中，污水处理以及水资源保护显得尤为重要，关系到国家的经济发展以及人民的日常生活。当前水处理技术种类繁多，其中纳滤技术因其操作简单处理效果好收到了广泛的欢迎。但是膜污染问题以及浓水问题一直是纳滤技术推广应用的阻碍，特别是在污水处理领域，浓水含有大量无机盐，可生化性差。氧化石墨烯定向分离膜作为纳滤级膜，可以有效地降低无机盐截留率，从而提升浓水可生化性，并且将有机物与无机盐分离，提高分盐效率。并且氧化石墨烯膜由于亲水性强，耐氧化耐污染，在未来水处理领域具有极强的应用潜力。
碟管式膜技术作为一种新颖的膜组件形式，目前已经广泛应用于污水处理领域。目前碟管式反渗透(DTRO)膜相较于传统的卷式反渗透(RO)膜，由于其水力流态好，流道通畅，结构灵活，目前已经广泛应用于污水处理领域。但是DTRO膜盐截留率高，并且有机膜容易产生膜污染，因此膜袋的寿命较低，并且产生的有机无机混合浓水难处理，不利于进一步分盐。
发明内容
针对以上技术问题，本发明公开了一种碟管式氧化石墨烯定向分离膜及其应用，可以将污水中的有机物和无机盐分离，并且提高膜的耐污染性，推动氧化石墨烯膜的实际应用。
本发明采用的技术方案具体为：
一种碟管式氧化石墨烯定向分离膜组件，包括：核心元件氧化石墨烯膜袋由两片氧化石墨烯膜组成，功能层在膜袋外侧，膜袋边缘采用焊接或胶黏保证密封，膜袋内侧夹有导流网，膜袋和导流网中心开孔，例如圆孔。
优选地，所述膜组件由膜壳、中心拉杆、上法兰、下法兰、氧化石墨烯膜袋、导流板、上轴封、下轴封、加压螺母等部件组成。
优选地，所述的膜组件的膜袋与导流板交替排列，用两端带有螺纹的中心拉杆将其穿起来，外侧套圆柱形膜壳，上下两端分别使用上下法兰封堵，上下法兰中心有凹槽，将轴封压入凹槽，轴封上下两端采用螺母加压固定。上下法兰与膜壳之间，轴封与法兰之间，轴封与中心拉杆之间采用橡胶圈密封。
本发明进一步提供了一种碟管式氧化石墨烯定向分离膜组件的制备方法，包括：
步骤S1，将两张微滤膜背面相对，焊接或胶黏微滤膜外缘，并在膜上开孔制成膜袋；
步骤S2，将膜袋在多巴胺溶液中浸泡3-5min后取出，用超纯水洗净；
步骤S3，将膜袋装入组件中，并进一步通入超纯水清洗；
步骤S4，将一定量氧化石墨烯加入四硼酸钠溶液中；
步骤S5，将步骤S3中组装好的组件，装入膜过滤系统中，通过水泵加压过滤步骤S4中获得的氧化石墨烯分散液，循环过滤四遍以上；
步骤S6，将膜袋从膜组件中拆下，加热烘干后获得氧化石墨烯膜袋。
优选地，所述的膜袋的导流板与膜袋接触部分采用O型圈密封；膜袋与导流板接触部分，优选地涂装环氧树脂，优选地涂装形状为环形，环形中心线为与导流板接触部分，涂装环形宽度优选为1cm，厚度优选为0.1mm。
优选地，在所述的膜袋制备过程中，步骤S1中所述的微滤膜膜孔径小于1微米，膜袋形状可以为正6边形、正8边形或圆形等中的一种或几种；步骤S2中多巴胺溶液浓度为1-5g/L；步骤S4中所述的氧化石墨烯的投加量根据膜面积计算，通常投加量约为40-80mg/m2，所述的四硼酸钠溶液浓度为2.5-5mmol/L；步骤S5中所述的跨膜压差为0.1～1.5Mpa；步骤S6中所述的烘干温度为30～150℃，烘干时间为0.5～12h。
进一步地，所述的膜组件的应用包括，该膜组件主要应用于生活污水处理、工业污水处理、海水淡化、分盐、有机溶液过滤等多个应用领域。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
采用本发明的技术方案，得到的碟管式氧化石墨烯定向分离膜，开辟了一条氧化石墨烯膜工程化应用的新路，推动了氧化石墨烯膜在实际工程领域的应用发展。
本发明相对于现有技术的有益效果包括：
本发明的技术方案采用碟管式有机微滤膜或超滤膜为基底膜，采用氧化石墨烯作为功能层，并加入了四硼酸钠强化氧化石墨烯层间交联，以及多巴胺强化氧化石墨烯与基底膜之间的交联，通过控制温度调节氧化石墨烯定向分离膜的分离效果，得到的这种膜可以实现对有机物和无机盐的选择性分离，从而有效避免当前精密过滤膜产生有机无机混合浓水的问题，并且有效分离有机物无机盐，为下一步分盐提供了条件。
附图说明
图1为本发明所述碟管式氧化石墨烯定向分离膜组件示意图；
图2为本发明所述导流板示意图；
图3为本发明所述膜袋示意图。
其中，图1中，拉杆1，加压螺母2，上轴封3，O型圈4，出水口5，产水口6，进水口7，上法兰8，KY密封圈9，膜壳10，导流板11，膜袋12，下法兰13，下轴封14；
图2中，O型密封圈11a；
图3中，膜片外缘12a，环氧树脂承压圈12b。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
实施例1一种碟管式氧化石墨烯定向分离膜组件
参照图1-3所示，一种碟管式氧化石墨烯定向分离膜组件，包括：核心元件氧化石墨烯膜袋由两片氧化石墨烯膜组成，功能层在膜袋外侧，膜袋边缘采用焊接或胶黏保证密封，膜袋内侧夹有导流网，膜袋和导流网中心开圆孔。
所述膜组件由膜壳、中心拉杆、上法兰、下法兰、氧化石墨烯膜袋、导流板、上轴封、下轴封、加压螺母等部件组成。
所述的膜组件的膜袋与导流板交替排列，用两端带有螺纹的中心拉杆将其穿起来，外侧套圆柱形膜壳，上下两端分别使用上下法兰封堵，上下法兰中心有凹槽，将轴封压入凹槽，轴封上下两端采用螺母加压固定。上下法兰与膜壳之间，轴封与法兰之间，轴封与中心拉杆之间采用橡胶圈密封。
实施例2一种碟管式氧化石墨烯定向分离膜组件的制备方法
参照图1-3所示，本发明实例膜组件通过将内部夹有出水格网的氧化石墨烯膜袋12与导流板11交替排列构成模组，并且最终保证模组最上层与最下层为导流板，而后将上法兰8与下法兰13分别放置于模组的上端与下端，而后用中心拉杆将所有元件穿起，使用上轴封3和下轴封14分别顶住上下法兰，并且使用O型圈4密封，保证中心拉杆1与轴封以及轴封与法兰之间不会漏水，使用加压螺母2加压密封。而后将KY密封圈镶嵌于上下法兰外的凹槽中，按照图中方向安装密封圈，而后将膜壳10套在膜组件之外。最后将进水口7、出水口5与产水口6按照图1所示安装，膜组件安装即全部完成。运行中将污水从进水口7注入，错流出水从出水口5排出，过膜后产出的净水由产水口6排出。
其中氧化石墨烯膜袋由两片中心带有圆孔的正6边形微滤膜背面相对组成，内夹中心带有圆孔的正6边形出水格网，膜片外缘12a采用超声波焊接密封，将格网密封在膜袋内。由于在安装与运行过程中导流板11上的O型密封圈11a与氧化石墨烯膜袋12有部分需要紧密接触，因此在膜袋12上需要与O型密封圈11a紧密接触的部分涂装环氧树脂承压圈12b，防止破坏氧化石墨烯层在安装运行过程中受到挤压损坏。在树脂承压圈12b涂装并凝固后将膜袋浸泡在多巴胺溶液中，浸泡5分钟后取出，冲洗干净后，按照上文描述的方法组装入膜组件中。而后使用高压纯水冲洗干净后，泵入氧化石墨烯四硼酸钠分散液，分散液在加压条件下，反复错流过滤四次以上。其中氧化石墨烯四硼酸钠分散液的四硼酸钠浓度为2.5-5mmol/L，氧化石墨烯浓度根据膜面积计算，投加量约为40-80mg/m2，具体投加量根据膜工作条件调整。过滤结束后将膜袋取出，在60℃-150℃条件下烘干2h，升温降温速度均为0.5℃/min，待膜袋温度降至室温后将膜袋取出，将其安装在氧化石墨烯膜组件上，即可完成膜袋制作。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种碟管式氧化石墨烯定向分离膜组件的制备方法，其特征在于，包括：
步骤S1，将两张微滤膜背面相对，焊接或胶黏微滤膜外缘，并在膜上开孔制成膜袋；
步骤S2，将膜袋在多巴胺溶液中浸泡3-5min后取出，用超纯水洗净；
步骤S3，将膜袋装入组件中，并进一步通入超纯水清洗；
步骤S4，将一定量氧化石墨烯加入四硼酸钠溶液中；
步骤S5，将步骤S3中组装好的组件，装入膜过滤系统中，通过水泵加压过滤步骤S4中获得的氧化石墨烯分散液，循环过滤四遍以上；
步骤S6，将膜袋从膜组件中拆下，加热烘干后获得氧化石墨烯膜袋。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述碟管式氧化石墨烯定向分离膜组件包括：核心元件氧化石墨烯膜袋由两片氧化石墨烯膜组成，功能层在膜袋外侧，膜袋内侧夹有导流网，膜袋和导流网中心开孔。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于，所述的膜组件包括：膜壳、拉杆、上法兰、下法兰、氧化石墨烯定向分离膜袋、导流板、上轴封、下轴封、加压螺母等部件。
4.根据权利要求2的方法，其特征在于，所述的膜组件，膜袋与导流板交替排列，用两端带有螺纹的中心拉杆将其穿起来，外侧套圆柱形膜壳，上下两端分别使用上下法兰封堵，上下法兰中心有凹槽，将轴封压入凹槽，轴封上下两端采用螺母加压固定。上下法兰与膜壳之间，轴封与法兰之间，轴封与中心拉杆之间采用橡胶圈密封。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述的导流板与膜袋，导流板与膜袋接触部分采用O型圈密封；膜袋与导流板接触部分，优选地涂装环氧树脂，优选地涂装形状为环形，环形中心线为与导流板接触部分，涂装环形宽度优选为1cm，厚度优选为0.1mm。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中所述的微滤膜膜孔径小于1微米，膜袋形状可以为正6边形、正8边形或圆形等中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中多巴胺溶液浓度为1-5g/L。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4中所述的氧化石墨烯的投加量根据膜面积计算，通常投加量约为40-80mg/m2，所述的四硼酸钠溶液浓度为2.5-5mmol/L。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S5中所述的跨膜压差为0.1～1.5Mpa；步骤S6中所述的烘干温度为30～150℃，烘干时间为0.5～12h。
10.根据权利要求2-4任一权利要求所述的碟管式氧化石墨烯定向分离膜组件，其特征在于，该膜组件主要应用于生活污水处理、工业污水处理、海水淡化、分盐、有机溶液过滤等多个应用领域。
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