CN113461143A - 一种新型生态膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型生态膜的制备方法，属于污水处理材料技术领域，该生态膜结构包括位于生态膜内部的生态膜细孔以及位于生态膜外部的碳纤维毛绒，所述碳纤维毛绒包括如下重量份的组分：硅藻土40‑60份、碳纳米管6‑8份、壳聚糖6‑8份、二甲基甲酰胺20‑30份。该新型生态膜的制备方法，通过自然竞争，挂膜的菌群具有多样性和选择性共生，生态膜的鞭毛和高达1500m2/g以上极大的比表面结，使得生态膜极佳的吸附和丰富的孔阱可以使污水碳源最大化集中于膜上供菌群养分。

Description

一种新型生态膜的制备方法
技术领域
本发明属于污水处理材料技术领域，具体为一种新型生态膜的制备方法。
背景技术
污水处理中，污水处理膜有分为生物膜和过滤膜两种类型，生物膜是让生物生长在载体上并利用生物合成代谢来去除水中的污染物质，即利用生态技术使污水处理去除效果最大化。
生态技术就是建立不同菌类的协同作用，使污水处理去除效果最大化；就是建立稳定的菌类共生关系创造了菌群的多样性；就是通过菌群对污染物能进行充分的降解，达到污水自净状态，回归污水治理的生态本源。
现有技术中，MBR膜的泥水分离能耗过高，生物兼容性生物挂膜慢，并且在现有技术的工艺中，工艺的调试周期较长。为此，我们提出了一种新型生态膜的结构及其制备方法来解决上述问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种新型生态膜的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种新型生态膜结构的制备方法，该生态膜结构包括位于生态膜内部的生态膜细孔以及位于生态膜外部的碳纤维毛绒，所述碳纤维毛绒包括如下重量份的组分：硅藻土40-60份、碳纳米管6-8份、壳聚糖6-8份、二甲基甲酰胺20-30份，包括以下步骤：
S1、将壳聚糖在醋酸溶剂中溶解成膜，得到待负载的壳聚糖膜；
S2、将碳纳米管放置在二甲基甲酰胺溶剂中，然后加入制备好的待负载的壳聚糖膜，超声1-2小时后得到负载有壳聚糖膜的纳米级的碳纤维；
S3、将负载有壳聚糖膜的碳纤维和硅藻土混合均匀，得到的混合物在惰性气体的保护下，在300-400℃的温度下保温1h，再升温至900-1000℃的温度下保温2h，冷却后进行洗涤干燥，得到带有生态膜细孔的、外部为碳纤维毛绒的生态膜。
进一步优化本技术方案，所述S3中，惰性气体选择使用氮气气体。
与现有技术相比，本发明提供了一种新型生态膜的制备方法，具备以下有益效果：
1、该新型生态膜的结构，有别于MBR等物理性过滤膜，在于细菌群落生长在生态膜中，通过自然竞争，挂膜的菌群具有多样性和选择性共生，具有群落稳定性；生态膜的鞭毛和高达1500m2/g以上极大的比表面结，使得生态膜极佳的吸附和丰富的孔阱可以使污水碳源最大化集中于膜上供菌群养分。
2、该新型生态膜的结构，不仅可以广泛地应用于黑臭水体治理、河道湖泊生态修复、环保移动公厕、污水处理厂提标改造、新农建设小型分散化污水处理、矿山生态治理、农田改造、生态养殖，在空气治理、有机废气回收、室内空气净化、家用净水、景观鱼养殖等都具有较高价值的应用。
附图说明
图1为本发明提出的一种新型生态膜的结构的结构示意图；
图2为本发明提出的一种新型生态膜的结构在单元下的结构示意图；
图3为本发明提出的一种新型生态膜的结构对比其他材料的拦截功能示意图；
图4为本发明提出的一种新型生态膜的结构对比其他材料的吸附功能示意图；
图5为本发明提出的一种新型生态膜的结构对比颗粒活性炭的对比示意图；
图6为本发明提出的一种新型生态膜的结构对比其他三种活性炭的对比示意图；
图7为本发明提出的一种新型生态膜的结构的产品结构示意图。
图中：1、生态膜细孔；2、碳纤维毛绒。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
请参阅图1，一种新型生态膜的结构，该生态膜结构包括位于生态膜内部的生态膜细孔1以及位于生态膜外部的碳纤维毛绒2，所述生态膜细孔1形成在碳纤维毛绒2的内部，所述生态膜细孔1占比98％以上，所述的由生态膜细孔1和碳纤维毛绒2组成的生态膜结构的比表面积为1300-2200m2/g，所述的由生态膜细孔1和碳纤维毛绒2组成的生态膜结构的外比表面积为0.2-2.0m2/g；
其中，碳纤维毛绒2包括如下重量份的组分：硅藻土40-60份、碳纳米管6-8份、壳聚糖6-8份、二甲基甲酰胺20-30份。
具体的，所述生态膜结构的形状结构为纤维状，所述纤维状的碳纤维毛绒2的内部并列设置有条形状的生态膜细孔1。
如图2所示，具体的，所述生态膜结构的单元直径在5-30um，一个生态膜结构单元的生态膜细孔1的尺寸最大为20埃米。
具体的，所述生态膜结构的最低吸附浓度ppm的数值范围为5-10。
具体的，所述生态膜结构的滤水流量为6.0-7.0L/min，所述生态膜结构的TVOC吸附ml/g为2000。
一种新型生态膜结构的制备方法，对上述的一种新型生态膜的结构进行制备，包括以下具体步骤：
S1、将壳聚糖在醋酸溶剂中溶解成膜，得到待负载的壳聚糖膜；
S2、将碳纳米管放置在二甲基甲酰胺溶剂中，然后加入制备好的待负载的壳聚糖膜，超声1-2小时后得到负载有壳聚糖膜的纳米级的碳纤维；
S3、将负载有壳聚糖膜的碳纤维和硅藻土混合均匀，得到的混合物在惰性气体的保护下，在300-400℃的温度下保温1h，再升温至900-1000℃的温度下保温2h，冷却后进行洗涤干燥，得到带有生态膜细孔1的、外部为碳纤维毛绒2的生态膜。
具体的，所述S3中，惰性气体选择使用氮气气体。
实施例二：
一种新型生态膜的结构，该生态膜结构包括位于生态膜内部的生态膜细孔1以及位于生态膜外部的碳纤维毛绒2，所述生态膜细孔1形成在碳纤维毛绒2的内部，所述生态膜细孔1占比98％以上，所述的由生态膜细孔1和碳纤维毛绒2组成的生态膜结构的比表面积为1300-2200m2/g，所述的由生态膜细孔1和碳纤维毛绒2组成的生态膜结构的外比表面积为0.2-2.0m2/g；
其中，碳纤维毛绒2包括如下重量份的组分：硅藻土50份、碳纳米管7份、壳聚糖7份、二甲基甲酰胺25份。
具体的，所述生态膜结构的形状结构为纤维状，所述纤维状的碳纤维毛绒2的内部并列设置有条形状的生态膜细孔1。
如图2所示，具体的，所述生态膜结构的单元直径在5-30um，一个生态膜结构单元的生态膜细孔1的尺寸最大为20埃米。
具体的，所述生态膜结构的最低吸附浓度ppm的数值范围为5-10。
具体的，所述生态膜结构的滤水流量为6.0-7.0L/min，所述生态膜结构的TVOC吸附ml/g为2000。
一种新型生态膜结构的制备方法，对上述的一种新型生态膜的结构进行制备，包括以下具体步骤：
S1、将壳聚糖在醋酸溶剂中溶解成膜，得到待负载的壳聚糖膜；
S2、将碳纳米管放置在二甲基甲酰胺溶剂中，然后加入制备好的待负载的壳聚糖膜，超声1-2小时后得到负载有壳聚糖膜的纳米级的碳纤维；
S3、将负载有壳聚糖膜的碳纤维和硅藻土混合均匀，得到的混合物在惰性气体的保护下，在350℃的温度下保温1h，再升温至900-1000℃的温度下保温2h，冷却后进行洗涤干燥，得到带有生态膜细孔1的、外部为碳纤维毛绒2的生态膜。
具体的，所述S3中，惰性气体选择使用液氩。
实施例三：
采用实施例一或实施例二中所述的一种新型生态膜的结构及其制备方法，得到的新型生态膜的产品如图7所示，外部毛绒系统发达，适宜的孔阱结构范围覆盖大，经深圳华鹂环境技术有限公司的技术测试，测试表明生态膜表面的微生物种类多达3000～5000种；生态基上的藻类还是水中水生动物的天然食物，随着生态系统的建立，多物种出现，食饵浮游动物数量增加，从而形成完整的食物链。生态膜基表面的微A/O环境，为硝化、反硝化细菌群落繁殖以及藻类生长创造适宜的条件，从而强化氮、磷的去除效果。藻类会吸收水中的氮、磷、硫和一些微量元素；藻类对磷的固定和矿化能力比细菌高10倍；藻类通过光合作用为水体提供大量的溶解氧，最大化地利用生态能量。由于细菌群落生长在膜中，通过自然竞争，挂膜的菌群具有多样性和选择性共生，使菌群生命周期为全代谢周期，具有群落稳定性，改变了半周期教科书式的计算模型；华鹂生态膜极佳的吸附和丰富的孔阱可以使碳源最大化集中于膜上供菌群养分。而其全代谢周期的特点使得出水污泥量同比少60％以上，泥水分离简单快速，完全摈弃了MBR膜的泥水分离模式，使得能耗降低一半。因为其生物兼容性微生物挂膜快，老化生物膜易脱落，调试周期是传统工艺的三分之一。
该新型生态膜与市场上的碳吸附材料吸附能力、拦截能力进行对比，经深圳华鹂环境技术有限公司的技术测试，测试结果如图3和图4所示，在拦截水中铁锈、泥沙悬浮物等大颗粒杂质的功能上生态膜也有优异的表现；同时，对水中余氯、化合物、苯三氯甲烷、三氯乙烯等有害物质的吸附能力上生态膜远远大于其它吸附材料。
该新型生态膜与市场上的各个活性炭进行项目对比，经深圳华鹂环境技术有限公司的技术测试，测试结果如图5和图6所示在比表面积、外比表面积、细孔尺寸、最低吸附浓度、单元直径、滤水流量、TVOC吸附、吸附速度等对比项目上均优于市场上的各种活性炭。使得该新型生态膜的结构，不仅可以广泛地应用于黑臭水体治理、河道湖泊生态修复、环保移动公厕、污水处理厂提标改造、新农建设小型分散化污水处理、矿山生态治理、农田改造、生态养殖，在空气治理、有机废气回收、室内空气净化、家用净水、景观鱼养殖等都具有较高价值的应用。
本发明的有益效果是：
1、采用上述制备方法的新型生态膜结构，有别于MBR等物理性过滤膜，在于细菌群落生长在生态膜中，通过自然竞争，挂膜的菌群具有多样性和选择性共生，具有群落稳定性；生态膜的鞭毛和高达1500m2/g以上极大的比表面结，使得生态膜极佳的吸附和丰富的孔阱可以使污水碳源最大化集中于膜上供菌群养分。
2、该新型生态膜的结构，不仅可以广泛地应用于黑臭水体治理、河道湖泊生态修复、环保移动公厕、污水处理厂提标改造、新农建设小型分散化污水处理、矿山生态治理、农田改造、生态养殖，在空气治理、有机废气回收、室内空气净化、家用净水、景观鱼养殖等都具有较高价值的应用。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (2)

1.一种新型生态膜结构的制备方法，该生态膜结构包括位于生态膜内部的生态膜细孔(1)以及位于生态膜外部的碳纤维毛绒(2)，其特征在于，所述碳纤维毛绒(2)包括如下重量份的组分：硅藻土40-60份、碳纳米管6-8份、壳聚糖6-8份、二甲基甲酰胺20-30份，包括以下步骤：
S1、将壳聚糖在醋酸溶剂中溶解成膜，得到待负载的壳聚糖膜；
S2、将碳纳米管放置在二甲基甲酰胺溶剂中，然后加入制备好的待负载的壳聚糖膜，超声1-2小时后得到负载有壳聚糖膜的纳米级的碳纤维；
S3、将负载有壳聚糖膜的碳纤维和硅藻土混合均匀，得到的混合物在惰性气体的保护下，在300-400℃的温度下保温1h，再升温至900-1000℃的温度下保温2h，冷却后进行洗涤干燥，得到带有生态膜细孔(1)的、外部为碳纤维毛绒(2)的生态膜。
2.根据权利要求1所述的一种新型生态膜结构的制备方法，其特征在于，所述S3中，惰性气体选择使用氮气气体。
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