CN113975977A - 一种基于废弃mbr膜组件的光热蒸发膜及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于废弃MBR膜组件的光热蒸发膜组件，以废弃MBR膜组件作为基材，利用物理化学方法进行清洗得到回收再利用MBR膜组件；将所述回收再利用MBR膜组件经光热改性溶液浸泡改性后，获得表面原位生长光热改性材料的回收再利用MBR膜组件；通过表面涂覆方法将疏水聚合物固定于所得MBR膜组件的表面，制得基于废弃MBR膜组件的光热蒸发膜组件。该光热蒸发膜组件制备工艺简单、原料未涉及有毒试剂，且具有更加稳定的光热蒸发效率，能耐受复杂污水体系乃至有机溶剂体系，可应用但不限于诸如污染海水、制药废水、有机溶剂蒸发、化工废水、反渗透浓废水、垃圾渗透液废水、污泥减量挤出浓废水等各种复杂难以净化处理污水的减量或零排放应用领域。
Description
技术领域
本发明涉及高分子膜技术领域，具体涉及一种基于废弃MBR膜组件的光热蒸发膜及其制备方法与应用。
背景技术
近年来，随着污水处理膜生物反应器应用的日益广泛以及受膜材料短效使用寿命(仅3～7年)的限制，污水处理行业随之产生大量的废弃膜。据统计，每年仅中国就消耗近5000万平方米的MBR膜材料。其中，MBR膜组件包含ABS膜壳、环氧树脂或聚氨酯固化胶、编织管增强PVDF膜材料等，每年产生的MBR组件废弃材料高达10万吨。
废弃的MBR膜组件所涉及的材料均为自然环境中难以降解的材料，其中，PVDF膜材料更是如此；此外，由于废弃MBR组件材料含有氟元素、苯环基团以及氮元素，不能采用焚烧方法处理，故只能采用垃圾填埋的方式处理。
值得注意的是，废弃MBR膜组件长期使用后所面临的主要是膜堵塞无法恢复、膜表面PVDF老化脱落、过滤膜孔变大精度下降的问题，但废弃MBR组件仍具有一定的多孔过滤功能；与此同时，PET支撑材料、膜壳ABS、环氧树脂或聚氨酯封装胶、PVDF材料具有长期稳定性，因此废弃MBR组件仍能保持器件的完整性。相较于压力驱动膜分离技术，以光热材料为核心的太阳能驱动光热材料发展迅速，太阳能驱动蒸馏浓缩技术在无压条件下进行，更加节能、环保，是目前研究的热点。
本发明基于废弃MBR膜组件具有完整的膜组件结构、良好机械性能的支撑基材、多孔介质支撑基质等特点，通过废物回收再利用制备基于废弃MBR膜组件的光热蒸发膜，并将其应用于农业、化工、医药等废水减量零排放领域，具有重要的废弃膜材料资源化循环再利用社会价值和巨大的经济价值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术中存在的不足，提供一种基于废弃MBR膜组件的光热蒸发膜组件，该方法制备工艺简单、废弃MBR膜组件价格低廉且实验过程中未涉及有毒试剂，所制备回收再利用MBR蒸发膜组件光热蒸发效率稳定，在污水浓缩减量零排放领域具有广泛的应用价值。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
S1、以废弃MBR膜组件作为基材，利用物理化学方法进行清洗、干燥，得到预处理后的MBR膜组件；
S2、将所述预处理后的MBR膜组件经光热改性溶液浸泡改性后，得到表面原位生长光热改性材料的MBR膜组件；
S3、通过表面涂覆方法将疏水聚合物固定于所述表面原位生长光热改性材料的MBR膜组件的表面，得到光热蒸发膜组件。
在本发明的基于废弃MBR膜组件的光热蒸发膜组件的制备方法中，首先，因废弃的MBR膜组件表面富集有大量的细菌、微生物以及相关的化学物质，这些物质的存在会在不同程度上严重堵塞膜孔，因此，需首先使用物理化学方法对废弃的MBR膜组件进行清洗，进而使膜孔呈完全打开状态；其次，将预处理后的MBR膜组件置于光热改性溶液中进行浸泡改性，以原位生长的方式在MBR膜组件表面构建光热改性材料，可显著提高光热蒸发膜组件成品的稳定性和使用寿命；最后，在表面原位生长有光热改性材料的MBR膜组件的表面涂覆疏水聚合物，表面负载的疏水聚合物与水分子的结合力较弱，因此，在光能转化为热能的过程中，水蒸气更易蒸发，进一步提高了水分子的蒸发效率。综上，本发明实现了污水处理用废弃MBR膜组件的回收再利用，建立了废弃物再升级制备光热蒸发浓缩减量零排放用膜的新方法，并且该制备工艺简单、原料未涉及有毒试剂，所制备得到的光热蒸发膜组件具有更加稳定的光热蒸发效率，为太阳能驱动蒸发浓缩装置的小型化、便携式、稳定性技术革新提供了新思路。
优选地，步骤S1中，所述物理化学方法为物理曝气、高速水流正/反冲洗、酸性化学试剂或碱性化学试剂冲洗中的任意一种或多种的组合。
具体地，物理方法可使用物理曝气或高速水流正/反冲洗的方法对废弃MBR膜组件进行清洗，化学方法可使用酸性化学试剂或碱性化学试剂冲洗的方法对废弃MBR膜组件进行清洗，还可以使用上述方法的组合对废弃MBR膜组件进行预处理。
优选地，所述酸性化学试剂为盐酸、硫酸、硝酸或醋酸中的任意一种或多种的组合；
优选地，所述碱性化学试剂为氢氧化钠或碳酸氢钠中的任意一种或多种的组合；
优选地，步骤S2具体包括：将所述预处理后的MBR膜组件依次置于聚合物A、聚合物B的溶液中进行浸泡处理，在膜表面原位生长光热改性材料，得到表面原位生长光热改性材料的MBR膜组件；
其中，所述聚合物A为过硫酸铵、高硫酸铵或二硫酸铵中的任意一种或多种的组合；
所述聚合物B为吡咯、苯胺或噻吩中的任意一种或多种的组合。
在本发明中预处理后的膜组件表面原位生长光热改性材料的具体方法为将预处理后的MBR膜组件首先置于聚合物A溶液中进行浸泡处理，聚合物A主要为过硫酸铵、高硫酸铵或二硫酸铵物质，这类物质会在预处理后的MBR膜组件表面产生过硫酸铵引发剂，此时无需再水洗，可仅使用滤纸擦干膜丝表面水分，继而再将膜组件置于聚合物B溶液中进行浸泡处理，聚合物B主要为吡咯、苯胺或噻吩类物质，吡咯、苯胺或噻吩类物质在过硫酸铵、高硫酸铵或二硫酸铵引发剂的作用下发生氧化聚合反应，进而在膜组件表面原位生长形成一层稳定的黑色物质，这类黑色物质吸光性能好，在太阳光照射下，可将光能转化为热能，从而实现蒸发。表面原位生长负载光热改性材料的方法可显著提高光热改性材料在膜组件表面的稳定性，进而显著提高了光热蒸发膜组件的使用寿命和光热蒸发效率。
优选地，步骤S3具体包括：将所述步骤S2得到的表面原位生长光热改性材料的MBR膜组件置于疏水聚合物溶液中浸泡处理后，依次进行高温固定、水洗和干燥，得到光热蒸发膜组件；
其中，所述疏水聚合物为聚二甲基硅氧烷、三乙氧基氟硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷或十七氟癸基三乙氧基硅烷中的中的任意一种或多种的组合。
将表面原位生长光热改性材料的MBR膜组件置于疏水聚合物溶液中浸泡处理后，再高温固定的处理方式，可使聚二甲基硅氧烷、三乙氧基氟硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷或十七氟癸基三乙氧基硅烷类疏水聚合物与MBR膜组件表面的高分子物质发生物理化学交联反应，从而进一步提高疏水聚合物与膜组件之间的作用力。
优选地，步骤S2中，聚合物A溶液的浓度为0.01～0.5wt％，温度为-5～25℃，浸泡时间为5min～2h；
聚合物B溶液的浓度为0.5～5vol％，温度为-5～25℃，浸泡时间为5min～2h。
本发明中，聚合物A溶液的浓度为0.01～0.5wt％之间的任意数值，温度为-5～25℃之间的任意数值，浸泡时间为5min～2h之间的任意数值，其中，最佳条件因具体聚合物A的种类不同而不同。聚合物B溶液的浓度为0.5～5vol％之间的任意数值，温度为-5～25℃之间的任意数值，浸泡时间为5min～2h之间的任意数值，其中，最佳条件因具体聚合物B的种类不同而不同。
优选地，步骤S3中，疏水聚合物溶液的浓度为0.1～5vol％，浸泡时间为10s～1h。
本发明中，疏水聚合物溶液的浓度为0.1～5vol％之间的任意数值，浸泡时间为10s～1h之间的任意数值，其中，最佳条件因具体疏水聚合物的种类不同而不同。
这里还需要说明的一点是，浸泡时间以10s～10min为宜，或者说浸泡的时间越短越好，因为，浸泡时间过长会导致疏水物质浸没到编织管与聚合物的膜中，从而无法传输水分实现蒸发。
优选地，步骤S3中，所述高温固定时，控制温度为60～120℃。
本发明中，高温固定时的温度为60～120℃之间的任意数值，并优选为80℃。
优选地，步骤S1中，所述废弃MBR膜组件包括由编织管或针织管涂覆聚偏氟乙烯或聚氯乙烯中的任意一种或两种的组合。
本发明的另一目的是提供上述基于废弃MBR膜组件的光热蒸发膜组件在光热溶剂或废水减量零排放领域的应用。
优选地，基于废弃MBR膜组件的光热蒸发膜组件的制备方法制备的光热蒸发膜组件，所述光热蒸发膜组件的光热蒸发效率为3.0～4.2kg/(m2·h)。
优选地，所述基于废弃MBR膜组件的光热蒸发膜组件，分别从两侧进水与出水，可实现循环供水、持续光热蒸发浓缩。
优选地，所述基于废弃MBR膜组件的光热蒸发膜组件在应用过程中的具体参数为：太阳光驱动，无需外部动力、能耗。
优选地，所述基于废弃MBR膜组件的光热蒸发膜组件，可实现全天候膜蒸发，不仅包括光热蒸发，还包括空气流动蒸发、空气中湿度与膜表面水浓度差的浓度差扩散蒸发。
优选地，为避免膜表面污染问题，可通过交换基于废弃MBR膜组件的光热蒸发膜组件两侧的进水管与出水管来反洗，对膜组件进行清洗再生。
更优选地，基于废弃MBR膜组件的光热蒸发膜组件的制备方法制备的光热蒸发膜组件，包含但不限于诸如污染海水、制药废水、有机溶剂蒸发、化工废水、反渗透浓废水、垃圾渗透液废水、污泥减量挤出浓废水等各种复杂难以净化处理污水的减量或零排放应用领域。
本发明基于废弃MBR膜组件的光热蒸发膜组件的制备方法，与现有技术相比，具有以下优点：
1.实现难以回收使用的污水处理用废弃MBR膜组件的回收再利用，建立了废弃物再升级制备光热蒸发浓缩减量零排放用膜的新方法；
2.本发明基于废弃MBR膜组件的光热蒸发膜组件的制备工艺简单、原料未涉及有毒试剂，所得光热蒸发膜组件可大规模应用于光热膜蒸发浓缩处理领域，长久使用稳定性能优异，具有广泛的应用价值；
3.本发明制备得到的基于废弃MBR膜组件的光热蒸发膜组件，具有更加稳定的光热蒸发效率，为太阳能驱动蒸发浓缩装置的小型化、便携式、稳定性技术革新提供了新思路；
4.本发明基于废弃MBR膜组件的光热蒸发膜组件具有优异的机械强度，能耐受复杂污水体系乃至有机溶剂体系，可应用但不限于诸如污染海水、制药废水、有机溶剂、化工废水、反渗透浓废水、垃圾渗透液废水、污泥减量挤出浓废水等各种复杂难以净化处理污水的减量或零排放应用领域。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1对应基于废弃聚偏氟乙烯涂覆编织管MBR膜组件的光热蒸发膜组件示意图；
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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1
(1)采用物理曝气对废弃聚偏氟乙烯涂覆编织管MBR膜组件进行清洗、干燥，得到回收再利用MBR膜组件；
(2)将所述回收再利用MBR膜组件浸没于浓度为0.25wt％的过硫酸铵溶液中，控制过硫酸铵溶液温度为0℃，浸泡时间为1h；将经过硫酸铵溶液预处理后的回收再利用MBR膜组件浸泡于2.5vol％的吡咯溶液中，控制吡咯溶液温度为0℃，反应时间为1h，在膜表面原位生长聚吡咯光热改性材料，在膜表面构建稳定的聚吡咯光热功能层；
(3)将所述步骤(2)得到的MBR膜组件浸没于浓度为2.5vol％的聚二甲基硅氧烷溶液中处理30min，将聚二甲基硅氧烷固定于表面修饰聚吡咯光热功能层的回收再利用MBR膜组件表面，依次经过80℃高温固定、水洗和干燥，即可制得基于废弃聚偏氟乙烯涂覆编织管MBR膜组件的光热蒸发膜组件，可用于污染海水的蒸发减量或零排放处理。
实施例2
(1)采用高速水流正/反冲洗对废弃聚偏氟乙烯涂覆针织管MBR膜组件进行清洗、干燥，得到回收再利用MBR膜组件；
(2)将所述回收再利用MBR膜组件浸没于浓度为0.01wt％的高硫酸铵溶液中，控制高硫酸铵溶液温度为-5℃，浸泡时间为30min；将经高硫酸铵溶液预处理后的回收再利用MBR膜组件浸泡于0.5vol％的噻吩溶液中，控制噻吩溶液温度为-5℃，反应时间为30min，在膜表面原位生长聚噻吩光热改性材料，在膜表面构建稳定的聚噻吩光热功能层；
(3)将所述步骤(2)得到的MBR膜组件浸没于浓度为0.1vol％的三乙氧基氟硅烷溶液中处理2h，将三乙氧基氟硅烷固定于表面修饰聚噻吩光热功能层的回收再利用MBR膜组件表面，依次经过100℃高温固定、水洗和干燥，即可制得基于废弃聚偏氟乙烯涂覆针织管MBR膜组件的光热蒸发膜组件，可用于制药废水的蒸发减量或零排放处理。
实施例3
(1)采用酸性化学试剂对废弃聚氯乙烯涂覆编织管MBR膜组件进行清洗、干燥，得到回收再利用MBR膜组件；
(2)将所述回收再利用MBR膜组件浸没于浓度为0.5wt％的二硫酸铵溶液中，控制二硫酸铵溶液温度为25℃，浸泡时间为2h；将经二硫酸铵溶液预处理后的回收再利用MBR膜组件浸泡于2.5vol％的苯胺溶液中，控制苯胺溶液温度为25℃，反应时间为2h，在膜表面原位生长聚苯胺光热改性材料，在膜表面构建稳定的聚苯胺光热功能层；
(3)将所述步骤(2)得到的MBR膜组件浸没于浓度为5vol％的十三氟辛基三甲氧基硅烷溶液中处理1h，将十三氟辛基三甲氧基硅烷固定于表面修饰聚苯胺光热功能层的回收再利用MBR膜组件表面，依次经过60℃高温固定、水洗和干燥，即可制得基于废弃聚氯乙烯涂覆编织管MBR膜组件的光热蒸发膜组件，可用于有机溶剂的蒸发减量或零排放处理。
实施例4
(1)采用碱性化学试剂对废弃聚氯乙烯涂覆针织管MBR膜组件进行清洗、干燥，得到回收再利用MBR膜组件；
(2)将所述回收再利用MBR膜组件浸没于浓度为0.1wt％的过硫酸铵溶液中，控制过硫酸铵溶液温度为2℃，浸泡时间为1.5h；将经过硫酸铵溶液预处理后的回收再利用MBR膜组件浸泡于3.5vol％的噻吩溶液中，控制苯胺溶液温度为25℃，反应时间为2h，在膜表面原位生长聚苯胺光热改性材料，在膜表面构建稳定的聚苯胺光热功能层；
(3)将所述步骤(2)得到的MBR膜组件浸没于浓度为5vol％的十三氟辛基三甲氧基硅烷溶液中处理1h，将十三氟辛基三甲氧基硅烷固定于表面修饰聚苯胺光热功能层的回收再利用MBR膜组件表面，依次经过60℃高温固定、水洗和干燥，即可制得基于废弃聚氯乙烯涂覆针织管MBR膜组件的光热蒸发膜组件，可用于有机溶剂的蒸发减量或零排放处理。
实施例5
(1)采用物理曝气对废弃聚氯乙烯涂覆针织管MBR膜组件进行清洗、干燥，得到回收再利用MBR膜组件；
(2)将所述回收再利用MBR膜组件浸没于浓度为0.3wt％的过硫酸铵溶液中，控制过硫酸铵溶液温度为2℃，浸泡时间为1.5h；将经过硫酸铵溶液预处理后的回收再利用MBR膜组件浸泡于1.5vol％的吡咯溶液中，控制吡咯溶液温度为5℃，反应时间为30min，在膜表面原位生长聚吡咯光热改性材料，在膜表面构建稳定的聚吡咯光热功能层；
(3)将所述步骤(2)得到的MBR膜组件浸没于浓度为3vol％的聚二甲基硅氧烷溶液中处理20min，将聚二甲基硅氧烷固定于表面修饰聚吡咯光热功能层的回收再利用MBR膜组件表面，依次经过70℃高温固定、水洗和干燥，即可制得基于废弃聚氯乙烯涂覆针织管MBR膜组件的光热蒸发膜组件，可用于垃圾渗透液废水的蒸发减量或零排放处理。
实施例6
(1)采用高速水流正/反冲洗对废弃聚氯乙烯涂覆编织管MBR膜组件进行清洗、干燥，得到回收再利用MBR膜组件；
(2)将所述回收再利用MBR膜组件浸没于浓度为0.45wt％的二硫酸铵溶液中，控制二硫酸铵溶液温度为0℃，浸泡时间为1h；将经二硫酸铵溶液预处理后的回收再利用MBR膜组件浸泡于2vol％的苯胺溶液中，控制苯胺溶液温度为0℃，反应时间为1h，在膜表面原位生长聚苯胺光热改性材料，在膜表面构建稳定的聚苯胺光热功能层；
(3)将所述步骤(2)得到的MBR膜组件浸没于浓度为2.5vol％的三乙氧基氟硅烷溶液中处理30min，将三乙氧基氟硅烷固定于表面修饰聚苯胺光热功能层的回收再利用MBR膜组件表面，依次经过90℃高温固定、水洗和干燥，即可制得基于废弃聚氯乙烯涂覆编织管MBR膜组件的光热蒸发膜组件，可用于反渗透浓废水的蒸发减量或零排放处理。
实施例7
(1)采用酸性化学试剂对废弃聚氯乙烯涂覆编织管MBR膜组件进行清洗、干燥，得到回收再利用MBR膜组件；
(2)将所述回收再利用MBR膜组件浸没于浓度为0.25wt％的高硫酸铵溶液中，控制高硫酸铵溶液温度为2℃，浸泡时间为1h；将经高硫酸铵溶液预处理后的回收再利用MBR膜组件浸泡于5vol％的吡咯溶液中，控制吡咯溶液温度为0℃，反应时间为1h，在膜表面原位生长聚吡咯光热改性材料，在膜表面构建稳定的聚吡咯光热功能层；
(3)将所述步骤(2)得到的MBR膜组件浸没于浓度为5vol％的十三氟辛基三甲氧基硅烷溶液中处理40min，将十三氟辛基三甲氧基硅烷固定于表面修饰聚苯胺光热功能层的回收再利用MBR膜组件表面，依次经过80℃高温固定、水洗和干燥，即可制得基于废弃聚氯乙烯涂覆编织管MBR膜组件的光热蒸发膜组件，可用于化工废水的蒸发减量或零排放处理。
实施例8
(1)采用酸性化学试剂对废弃聚偏氟乙烯涂覆针织管MBR膜组件进行清洗、干燥，得到回收再利用MBR膜组件；
(2)将所述回收再利用MBR膜组件浸没于浓度为0.15wt％的过硫酸铵溶液中，控制过硫酸铵液温度为-3℃，浸泡时间为20min；将经过硫酸铵溶液预处理后的回收再利用MBR膜组件浸泡于2.5vol％的苯胺溶液中，控制苯胺溶液温度为-3℃，反应时间为20min，在膜表面原位生长聚苯胺光热改性材料，在膜表面构建稳定的聚苯胺光热功能层；
(3)将所述步骤(2)得到的MBR膜组件浸没于浓度为0.15vol％的十七氟癸基三乙氧基硅烷溶液中处理30min，将十七氟癸基三乙氧基硅烷固定于表面修饰聚苯胺光热功能层的回收再利用MBR膜组件表面，依次经过100℃高温固定、水洗和干燥，即可制得基于废弃聚偏氟乙烯涂覆针织管MBR膜组件的光热蒸发膜组件，可用于反渗透浓废水的蒸发减量或零排放处理。
实施例9
(1)采用碱性化学试剂对废弃聚偏氟乙烯涂覆编织管MBR膜组件进行清洗、干燥，得到回收再利用MBR膜组件；
(2)将所述回收再利用MBR膜组件浸没于浓度为0.25wt％的过硫酸铵溶液中，控制过硫酸铵液温度为10℃，浸泡时间为1.2h；将经过硫酸铵溶液预处理后的回收再利用MBR膜组件浸泡于2vol％的苯胺溶液中，控制苯胺溶液温度为10℃，反应时间为1.2h，在膜表面原位生长聚苯胺光热改性材料，在膜表面构建稳定的聚苯胺光热功能层；
(3)将所述步骤(2)得到的MBR膜组件浸没于浓度为0.35vol％的聚二甲基硅氧烷溶液中处理1h，将聚二甲基硅氧烷固定于表面修饰聚苯胺光热功能层的回收再利用MBR膜组件表面，依次经过120℃高温固定、水洗和干燥，即可制得基于废弃聚偏氟乙烯涂覆编织管MBR膜组件的光热蒸发膜组件，可用于化工废水的蒸发减量或零排放处理。
实施例10
(1)采用碱性化学试剂对废弃聚偏氟乙烯涂覆编织管MBR膜组件进行清洗、干燥，得到回收再利用MBR膜组件；
(2)将所述回收再利用MBR膜组件浸没于浓度为0.5wt％的过硫酸铵溶液中，控制过硫酸铵液温度为-5℃，浸泡时间为1h；将经过硫酸铵溶液预处理后的回收再利用MBR膜组件浸泡于2.5vol％的苯胺溶液中，控制噻吩溶液温度为-5℃，反应时间为1h，在膜表面原位生长聚噻吩光热改性材料，在膜表面构建稳定的聚噻吩光热功能层；
(3)将所述步骤(2)得到的MBR膜组件浸没于浓度为0.45vol％的聚二甲基硅氧烷溶液中处理30s，将聚二甲基硅氧烷固定于表面修饰聚苯胺光热功能层的回收再利用MBR膜组件表面，依次经过80℃高温固定、水洗和干燥，即可制得基于废弃聚偏氟乙烯涂覆编织管MBR膜组件的光热蒸发膜组件，可用于污泥减量挤出浓废水的蒸发减量或零排放处理。
对比例1
(1)采用物理曝气对废弃聚偏氟乙烯涂覆编织管MBR膜组件进行清洗、干燥，得到回收再利用MBR膜组件；
(2)将所述步骤(1)得到的MBR膜组件浸没于浓度为2.5vol％的聚二甲基硅氧烷溶液中处理30min，将聚二甲基硅氧烷固定于回收再利用MBR膜组件表面，依次经过80℃高温固定、水洗和干燥，即可制得基于废弃聚偏氟乙烯涂覆编织管MBR膜组件的光热蒸发膜组件。
对比例2
(1)采用物理曝气对废弃聚偏氟乙烯涂覆编织管MBR膜组件进行清洗、干燥，得到回收再利用MBR膜组件；
(2)将所述回收再利用MBR膜组件浸没于浓度为0.25wt％的过硫酸铵溶液中，控制过硫酸铵溶液温度为0℃，浸泡时间为1h；将经过硫酸铵溶液预处理后的回收再利用MBR膜组件浸泡于2.5vol％的吡咯溶液中，控制吡咯溶液温度为0℃，反应时间为1h，在膜表面原位生长聚吡咯光热改性材料，在膜表面构建稳定的聚吡咯光热功能层；
(3)将所述步骤(2)得到的MBR膜组件浸没于浓度为0.01vol％的聚二甲基硅氧烷溶液中处理30min，将聚二甲基硅氧烷固定于表面修饰聚吡咯光热功能层的回收再利用MBR膜组件表面，依次经过80℃高温固定、水洗和干燥，即可制得基于废弃聚偏氟乙烯涂覆编织管MBR膜组件的光热蒸发膜组件，可用于污染海水的蒸发减量或零排放处理。
对比例3
(1)采用物理曝气对废弃聚偏氟乙烯涂覆编织管MBR膜组件进行清洗、干燥，得到回收再利用MBR膜组件；
(2)将所述回收再利用MBR膜组件浸没于浓度为0.25wt％的过硫酸铵溶液中，控制过硫酸铵溶液温度为0℃，浸泡时间为1h；将经过硫酸铵溶液预处理后的回收再利用MBR膜组件浸泡于2.5vol％的吡咯溶液中，控制吡咯溶液温度为0℃，反应时间为1h，在膜表面原位生长聚吡咯光热改性材料，在膜表面构建稳定的聚吡咯光热功能层；
(3)将所述步骤(2)得到的MBR膜组件浸没于浓度为6.5vol％的聚二甲基硅氧烷溶液中处理30min，将聚二甲基硅氧烷固定于表面修饰聚吡咯光热功能层的回收再利用MBR膜组件表面，依次经过80℃高温固定、水洗和干燥，即可制得基于废弃聚偏氟乙烯涂覆编织管MBR膜组件的光热蒸发膜组件，可用于污染海水的蒸发减量或零排放处理。
太阳能驱动蒸发浓缩技术，主要包括三个过程：光热材料的供水、光热转换材料吸收太阳光进行光热转换，将光能转换为热能。如图1所示，本发明基于废弃MBR膜组件的光热蒸发膜组件在太阳能驱动蒸发浓缩过程中需要使用循环泵提供持续水供应，以保障充足水源进行蒸发，实现污水减量；在使用过程中可交换该光热膜组件的进/出水口，实现光热膜组件的清洗再生，保证膜组件性能的稳定性。
为研究本发明所制备得到的光热蒸发膜组件的性能，使用温湿度传感器对测试环境的温湿度进行记录，利用红外热成像仪对膜表面集热性能进行测试，并利用光强测定仪对光强度进行标定，最后通过计算得到膜蒸发效率。表1为实施例及对比例所制得的光热蒸发膜组件的蒸发效率。
表1实施例及对比例所制得的光热蒸发膜组件的蒸发效率
从表1的测试结果可以看出，在室温25℃，湿度67±10％环境以及1kW/m2光强下，本发明所制备得到的基于废弃MBR膜组件的光热蒸发膜组件均具有优异的光热转换、蒸汽逃逸性能，且蒸发效率均高于3.0kg/(m2·h)，性能优异，并以实施例7试验参数所制备得到的光热蒸发膜组件的蒸发效率最高，可达4.20kg/(m2·h)。
相较于对比例1可见，当未对废弃MBR膜组件进行光热功能材料改性，仅在其表面负载疏水性聚合物时，所制备得到的光热蒸发膜组件集热性能较差，其蒸发效率仅为1.02kg/(m2·h)，蒸发性能差；
与实施例1相比，对比例2和例3中除聚二甲基硅氧烷溶液的浓度不同外，其他反应过程均相同。相较于对比例2和例3可见，当疏水改性剂溶液浓度过低时，所制得的光热蒸发膜组件疏水层厚度较小，疏水性较差，不利于水蒸气脱离中空纤维膜；当疏水改性剂溶液浓度过高时，所制得的光热蒸发膜组件疏水层厚度较高，过高的疏水性不利于水分子通过中空纤维膜，相当于透过的水蒸气分子大幅减少，其相应的蒸发效率必然降低。因此，即便对比例3中使用高浓度的疏水改性剂溶液处于MBR膜组件，所制备得到的光热蒸发膜组件的蒸发效率仍维持在1.02kg/(m2·h)。可见，在本发明的制备方法中，疏水改性剂溶液的浓度直接影响了光热蒸发膜组件的疏水性能及蒸发效率，而经过大量的实验研究表明，将疏水改性剂含量控制在0.1-5vol％，所制得光热蒸发膜组件的性能最为优异。
Claims (10)
1.一种基于废弃MBR膜组件的光热蒸发膜组件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、以废弃MBR膜组件作为基材，利用物理化学方法进行清洗、干燥，得到预处理后的MBR膜组件；
S2、将所述预处理后的MBR膜组件经光热改性溶液浸泡改性后，得到表面原位生长光热改性材料的MBR膜组件；
S3、通过表面涂覆方法将疏水聚合物固定于所述表面原位生长光热改性材料的MBR膜组件的表面，得到光热蒸发膜组件。
2.根据权利要求1所述的基于废弃MBR膜组件的光热蒸发膜组件的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述物理化学方法为物理曝气、高速水流正/反冲洗、酸性化学试剂或碱性化学试剂冲洗中的任意一种或多种的组合。
3.根据权利要求1所述的基于废弃MBR膜组件的光热蒸发膜组件的制备方法，其特征在于，步骤S2具体包括：将所述预处理后的MBR膜组件依次置于聚合物A、聚合物B的溶液中进行浸泡处理，在膜表面原位生长光热改性材料，得到表面原位生长光热改性材料的MBR膜组件；
其中，所述聚合物A为过硫酸铵、高硫酸铵或二硫酸铵中的任意一种或多种的组合；
所述聚合物B为吡咯、苯胺或噻吩中的任意一种或多种的组合。
4.根据权利要求1所述的基于废弃MBR膜组件的光热蒸发膜组件的制备方法，其特征在于，步骤S3具体包括：将所述步骤S2得到的表面原位生长光热改性材料的MBR膜组件置于疏水聚合物溶液中浸泡处理后，依次进行高温固定、水洗和干燥，得到光热蒸发膜组件；
其中，所述疏水聚合物为聚二甲基硅氧烷、三乙氧基氟硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷或十七氟癸基三乙氧基硅烷中的中的任意一种或多种的组合。
5.根据权利要求3所述的基于废弃MBR膜组件的光热蒸发膜组件的制备方法，其特征在于，步骤S2中，聚合物A溶液的浓度为0.01～0.5wt％，温度为-5～25℃，浸泡时间为5min～2h；
聚合物B溶液的浓度为0.5～5vol％，温度为-5～25℃，浸泡时间为5min～2h。
6.根据权利要求4所述的基于废弃MBR膜组件的光热蒸发膜组件的制备方法，其特征在于，步骤S3中，疏水聚合物溶液的浓度为0.1～5vol％，浸泡时间为10s～1h。
7.根据权利要求4所述的基于废弃MBR膜组件的光热蒸发膜组件的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述高温固定时，控制温度为60～120℃。
8.根据权利要求1所述的基于废弃MBR膜组件的光热蒸发膜组件的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述废弃MBR膜组件包括由编织管或针织管涂覆聚偏氟乙烯或聚氯乙烯中的任意一种或两种的组合。
9.一种光热蒸发膜组件，其特征在于，根据权利要求1-8任意一项所述的基于废弃MBR膜组件的光热蒸发膜组件的制备方法制得，且所述光热蒸发膜组件的光热蒸发效率为3.0～4.2kg/(m2·h)。
10.一种光热蒸发膜组件的应用，其特征在于，所述光热蒸发膜组件在处理污染海水、制药废水、有机溶剂蒸发、化工废水、反渗透浓废水、垃圾渗透液废水或污泥减量挤出浓废水中的应用。
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