首页 / 专利库 / 物理 / 加速 / 可加速水处理过程的还原性氧化石墨烯改性膜的制备方法

加速处理过程的还原性石墨烯改性膜的制备方法

阅读:456发布:2023-02-09

专利汇可以提供加速处理过程的还原性石墨烯改性膜的制备方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种可 加速 水 处理 过程的还原性 氧 化 石墨 烯改性膜的制备方法,涉及一种 污水处理 改性膜的制备方法。包括了首先将氧化 石墨烯 溶解于去离子水中,得到氧化石墨烯溶液;再通过水合肼还原氧化石墨烯溶液获取还原性氧化石墨烯产物,并对其离心、洗涤、 真空 干燥,得到还原性氧化石墨烯;然后将还原性氧化石墨烯溶解于二甲基乙酰胺溶液,得到原性氧化石墨烯-二甲基乙酰胺分散液;最后,通过相转化制备方法得到具有优异 吸附 能 力 的还原性氧化石墨烯改性膜,其能够在提高 生物 膜 抗污染性能的同时将部分氮磷及其它有机污染物质吸附至膜表面,加速了MBR系统的污染物去除过程。,下面是加速处理过程的还原性石墨烯改性膜的制备方法专利的具体信息内容。

1.一种可加速处理过程的还原性石墨烯改性膜的制备方法,其特征是按以下步骤进行:
步骤一:将氧化石墨烯溶解于去离子水中,得到氧化石墨烯溶液;
步骤二:根据步骤一所述的氧化石墨烯溶液获取还原性氧化石墨烯产物,并对其离心、洗涤、真空干燥,得到还原性氧化石墨烯;
步骤三:将还原性氧化石墨烯溶解于二甲基乙酰胺溶液,得到原性氧化石墨烯-二甲基乙酰胺分散液;
步骤四:通过相转化制备方法得到PVDF/rGO复合膜。
2.如权利要求1所述的可加速水处理过程的还原性氧化石墨烯改性膜的制备方法,其特征是:步骤四所述的相转化制备方法是:在温度70℃下,将PVDF溶解于步骤三所得的还原性氧化石墨烯-二甲基乙酰胺分散液中,并连续搅拌4h得到铸膜液;
将所述铸膜液置于真空环境中脱气,再在玻片上平铺铸膜液,在空气中停留N秒后将玻片浸入凝固浴中,得到PVDF/rGO复合膜,N>0。
3.如权利要求2所述的可加速水处理过程的还原性氧化石墨烯改性膜的制备方法,其特征是:所述PVDF的质量分数为20%。
4.如权利要求2所述的可加速水处理过程的还原性氧化石墨烯改性膜的制备方法,其特征是:平铺在玻片上的所述铸膜液厚度为300μm。
5.如权利要求2所述的可加速水处理过程的还原性氧化石墨烯改性膜的制备方法,其特征是:所述凝固浴为乙醇和去离子水的混合溶液,所述乙醇和所述去离子水的体积比为
20:80。
6.如权利要求1所述的一种可加速水处理过程的还原性氧化石墨烯改性膜的制备方法,其特征是:步骤一中所述氧化石墨烯与所述去离子水的比例是1mg/2ml。
7.如权利要求1所述的可加速水处理过程的还原性氧化石墨烯改性膜的制备方法,其特征是:步骤一中所述氧化石墨烯溶液放于声波清洗器中超声处理30min。
8.如权利要求1所述的可加速水处理过程的还原性氧化石墨烯改性膜的制备方法,其特征是:步骤二中获取还原性氧化石墨烯产物具体包括如下步骤:首先在所述氧化石墨烯溶液中加入浓度为25%的水将其pH调整至10,再加入的水合联氨,搅拌M分钟后置于95℃水浴、磁搅拌条件下反应5h;其中,所述水合联氨与所述去离子水的体积比为3:100,M>0。
9.如权利要求1所述的可加速水处理过程的还原性氧化石墨烯改性膜的制备方法,其特征是:步骤三中所述二甲基乙酰胺溶液的重量百分比为80wt.%;将所述还原性氧化石墨烯-二甲基乙酰胺分散液进行超声处理。
10.如权利要求1所述的可加速水处理过程的还原性氧化石墨烯改性膜的制备方法,其特征是:步骤四之后还包括合成纯PVDF膜的步骤。
11.如权利要求10所述的可加速水处理过程的还原性氧化石墨烯改性膜的制备方法,其特征是:将质量分数为20%的PVDF直接溶解于二甲基乙酰胺溶液中,并连续搅拌4h得到铸膜液,再将铸膜液置于真空环境中脱气,再在玻片上平铺铸膜液,其厚度为300μm,在空气中停留N秒后将玻片浸入凝固浴中,合成纯PVDF膜,N>0。
12.如权利要求11所述的可加速水处理过程的还原性氧化石墨烯改性膜的制备方法,其特征是:所述凝固浴为乙醇和去离子水的混合溶液,所述乙醇和所述去离子水的体积比为20:80。
13.如权利要求11所述的可加速水处理过程的还原性氧化石墨烯改性膜的制备方法,其特征是:还包括将得到的所述纯PVDF膜和所述PVDF/rGO复合膜进行表面及断面形貌、膜表面化学组成、膜疏水性能和膜孔径大小表征与测试的步骤。
14.如权利要求13所述的可加速水处理过程的还原性氧化石墨烯改性膜的制备方法,其特征是:表面及断面形貌使用扫描电镜来检测;膜表面化学组成使用傅里叶红外光谱仪来检测;膜疏水性能通过水接触来检测;膜孔径大小使用干湿重量法来检测。

说明书全文

加速处理过程的还原性石墨烯改性膜的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及污水处理技术领域,特别是涉及一种可加速生物反应器水处理效果的还原性氧化石墨烯改性膜的制备方法。

背景技术

[0002] MBR(Membrane BioReactor,膜生物反应器),作为一种新型的废水处理技术,具有将膜分离技术和生物处理技术高效结合的优点。近年来,水体富营养化问题日益严重,不但破坏了水体生态环境,而且对人类正常生活和生产活动造成很大影响。膜生物反应器因为其高效的水处理能、较少的污泥产出等优点,近年来被广泛应用于污水处理,与传统的化学沉淀法、生物法、离子交换法等相比,其对于水体中存在的污染物质氮磷的去除更加快速简便。但是,膜生物反应器所需材料成本较高且膜容易造成污染,影响其处理能力。因此,对原有膜材料进行改性增加其亲水能力,进而增加其抗污染性尤其重要。目前,常用于膜改性的材料有介孔SiO2、TiO2、ZnO及多壁纳米管等,但是其改性效果并不显著。
[0003] GOs(Graphene oxide,氧化石墨烯)为二维平面碳基纳米材料,具有较大的比表面积,丰富的含氧官能团和良好的亲水能力,可提高膜抗污染程度,因此近年来在材料改性方面被广泛应用。与GOs相比,rGOs(reduced Graphene Oxide,还原性氧化石墨烯)亲水性能有所降低,但其具有更加优异的吸附能力,在提高生物膜抗污染性能的同时将部分氮磷及其它有机污染物质吸附至膜表面,因此加速了MBR系统的污染物去除过程。

发明内容

[0004] 有鉴于现有技术的上述缺陷,本发明所要解决的技术问题是提供一种还原性氧化石墨烯改性膜,其可加速MBR系统中氮磷及其它有机物去除过程。
[0005] 为实现上述目的,本发明提供了一种可加速水处理过程的还原性氧化石墨烯改性膜的制备方法,按以下步骤进行:
[0006] 步骤一:将氧化石墨烯溶解于去离子水中,得到氧化石墨烯溶液;
[0007] 步骤二:根据步骤一所述的氧化石墨烯溶液获取还原性氧化石墨烯产物,并对其离心、洗涤、真空干燥,得到还原性氧化石墨烯;
[0008] 步骤三:将还原性氧化石墨烯溶解于二甲基乙酰胺溶液,得到原性氧化石墨烯-二甲基乙酰胺分散液;
[0009] 步骤四:通过相转化制备方法得到PVDF/rGO复合膜。
[0010] 较佳的,步骤四所述的相转化制备方法是:在温度70℃下,将PVDF溶解于步骤三所得的还原性氧化石墨烯-二甲基乙酰胺分散液中,并连续搅拌4h得到铸膜液;
[0011] 将所述铸膜液置于真空环境中脱气,再在玻片上平铺铸膜液,在空气中停留N秒后将玻片浸入凝固浴中,得到PVDF/rGO复合膜,N>0。
[0012] 较佳的,所述PVDF的质量分数为20%。
[0013] 较佳的,平铺在玻片上的所述铸膜液厚度为300μm。
[0014] 较佳的,所述凝固浴为乙醇和去离子水的混合溶液,所述乙醇和所述去离子水的体积比为20:80。
[0015] 较佳的,步骤一中所述氧化石墨烯与所述去离子水的比例是1mg/2ml。
[0016] 较佳的,步骤一中所述氧化石墨烯溶液放于声波清洗器中超声处理30min。
[0017] 较佳的,步骤二中获取还原性氧化石墨烯产物具体包括如下步骤:首先在所述氧化石墨烯溶液中加入浓度为25%的水将其pH调整至10,再加入的水合联氨,搅拌M分钟后置于95℃水浴、磁力搅拌条件下反应5h;其中,所述水合联氨与所述去离子水的体积比为3:100,M>0。
[0018] 较佳的,步骤三中所述二甲基乙酰胺溶液的重量百分比为80wt.%;将所述还原性氧化石墨烯-二甲基乙酰胺分散液进行超声处理。
[0019] 较佳的,步骤四之后还包括合成纯PVDF膜的步骤。
[0020] 较佳的,将质量分数为20%的PVDF直接溶解于二甲基乙酰胺溶液中,并连续搅拌4h得到铸膜液,再将铸膜液置于真空环境中脱气,再在玻片上平铺铸膜液,其厚度为300μm,在空气中停留N秒后将玻片浸入凝固浴中,合成纯PVDF膜,N>0。
[0021] 较佳的,所述凝固浴为乙醇和去离子水的混合溶液,所述乙醇和所述去离子水的体积比为20:80。
[0022] 较佳的,还包括将得到的所述纯PVDF膜和所述PVDF/rGO复合膜进行表面及断面形貌、膜表面化学组成、膜疏水性能和膜孔径大小表征与测试的步骤。
[0023] 较佳的,表面及断面形貌使用扫描电镜来检测;膜表面化学组成使用傅里叶红外光谱仪来检测;膜疏水性能通过水接触来检测;膜孔径大小使用干湿重量法来检测。
[0024] 本发明的有益效果是:本发明能够得到具有更加优异的吸附能力还原性氧化石墨烯改性膜,其能够在提高生物膜抗污染性能的同时将部分氮磷及其它有机污染物质吸附至膜表面,加速了MBR系统的污染物去除过程。通过合成纯PVDF膜的控制对照组,与PVDF/rGO复合膜进行表面及断面形貌、膜表面化学组成、膜疏水性能和膜孔径大小的表征与测试。附图说明
[0025] 图1是本发明一具体实施方式的流程示意图。
[0026] 图2是膜生物反应器系统示意图。

具体实施方式

[0027] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明:
[0028] 如图1所示,一种可加速水处理过程的还原性氧化石墨烯改性膜的制备方法,其特征是按以下步骤进行:
[0029] 步骤一:将氧化石墨烯溶解于去离子水中,得到氧化石墨烯溶液;
[0030] 步骤二:根据步骤一所述的氧化石墨烯溶液获取还原性氧化石墨烯产物,并对其离心、洗涤、真空干燥,得到还原性氧化石墨烯;
[0031] 步骤三:将还原性氧化石墨烯溶解于二甲基乙酰胺溶液,得到原性氧化石墨烯-二甲基乙酰胺分散液;
[0032] 步骤四:通过相转化制备方法得到PVDF/rGO复合膜。
[0033] 本实施例中,步骤四所述的相转化制备方法是:在温度70℃下,将PVDF溶解于所述还原性氧化石墨烯-二甲基乙酰胺分散液中,并连续搅拌4h得到均相铸膜液。
[0034] 将所述均相铸膜液置于真空环境中脱气,再使用刮膜器在玻片上平铺铸膜液,在空气中停留N秒后将玻片浸入凝固浴中,得到PVDF/rGO复合膜,N>0。
[0035] 本实施例中,所述PVDF的质量分数为20%。
[0036] 本实施例中,平铺在玻片上的所述铸膜液厚度为300μm。
[0037] 本实施例中,所述凝固浴为乙醇和去离子水的混合溶液,所述乙醇和所述去离子水的体积比为20:80。步骤一中所述氧化石墨烯与所述去离子水的比例是1mg/2ml。
[0038] 本实施例中,步骤一中所述氧化石墨烯溶液放于超声波清洗器中超声处理30min。
[0039] 本实施例中,步骤二中获取还原性氧化石墨烯产物,首先在所述氧化石墨烯溶液中加入浓度为25%的氨水将其pH调整至10,再加入的水合联氨,搅拌M分钟后置于95℃水浴、磁力搅拌条件下使其反应5h,所述水合联氨与所述去离子水的体积比为3:100,M>0。
[0040] 本实施例中,步骤三中所述二甲基乙酰胺溶液的重量为80wt.%;所述还原性氧化石墨烯的重量为0wt.%,0.5wt.%或1.0wt.%;将所述原性氧化石墨烯-二甲基乙酰胺分散液进行超声处理。
[0041] 本实施例中,步骤四之后还包括合成纯PVDF膜的步骤。
[0042] 本实施例中,将质量分数为20%的PVDF直接溶解于二甲基乙酰胺溶液中,并连续搅拌4h以得到均相铸膜液,再将均相铸膜液置于真空环境中脱气,再使用刮膜器在玻片上平铺铸膜液,其厚度为300μm,在空气中停留N秒后将玻片浸入凝固浴中,合成纯PVDF膜,N>0。
[0043] 本实施例中,所述凝固浴为乙醇和去离子水的混合溶液,所述乙醇和所述去离子水的体积比为20:80。
[0044] 本实施例中,还包括将得到的所述纯PVDF膜和所述PVDF/rGO复合膜进行表面及断面形貌、膜表面化学组成、膜疏水性能和膜孔径大小表征与测试的步骤。
[0045] 本实施例中,表面及断面形貌使用扫描电镜来检测。
[0046] 本实施例中,膜表面化学组成使用傅里叶红外光谱仪来检测。
[0047] 本实施例中,膜疏水性能通过水接触角来检测。
[0048] 本实施例中,膜孔径大小使用干湿重量法来检测。
[0049] 本发明通过以下实验说明在MBR反应器中还原性氧化石墨烯对PVDF膜改性前后(PVDF、PVDF/rGO复合膜)抗污染性能、膜阻力分析及脱氮除磷效果的影响。
[0050] 本实施例中,膜污染程度通过膜通量、膜阻力R以及渗透率Kc进行衡量,可通过式(1)~(3)计算。
[0051]
[0052]
[0053]
[0054] 其中,J为膜的通量,L·m-2·h-1;Q为膜出水体积,L;t为过滤时间,h;A为膜的有效面积,m2;Rt为膜总阻力,m-1;Rm为基膜阻力,m-1;Rc为滤饼层阻力,m-1;Rf为膜孔堵塞和不可逆污染阻力;Jp为最终膜通量,m3·m-2·s-1;TMP为跨膜压力,Pa;μ为透过液黏度,Pa·s;Kc为渗透率,L·m-2·h-1·bar-1(1bar=105Pa)。
[0055] 本发明中MBR反应池有效容积设计为10L,其中放置3套膜组件,即:纯PVDF膜、rGO质量分数分别为0.5wt.%和1.0wt.%的PVDF/rGO复合膜,膜的有效过滤面积为0.01m2,膜组件下方设置曝气装置。膜组件连接蠕动,通过调节泵转速控制出水流量。实验进水为模拟生活污水。实验中所用的活性污泥取自污水处理厂,或可根据需要添加相应菌剂。
[0056] 本实施例中,PVDF/rGO复合膜抗污染性能测试:在MBR系统运行过程中,设置初始通量为10L·m-2·h-1,分别在运行时间为0.5、1、2、3、5、10、12、24h时对PVDF膜和PVDF/rGO-0.5wt.%、PVDF/rGO-1.0wt.%复合膜的跨膜压差(TMP)进行分析,考察复合膜的抗污染性能。但在TMP达到40kPa时将膜组件取出进行清洗。同时计算膜渗透率Kc,以此来进一步评价PVDF/rGO复合膜的抗污染性能。在运行时间10h内,PVDF/rGO复合膜的抗污染性能比纯PVDF膜提高了近2至3倍。
[0057] 本实施例中,PVDF/rGO复合膜对污染物去除速率影响:还原性氧化石墨烯由于其表面存在的亲水性官能团,不仅可以提高膜表面的抗污染性能,而且因为其具有较大的比表面积,可在一定程度上将水体中污染物吸附富集至PVDF膜表面,进而提高生物膜处理效率。为此,在MBR系统运行过程中,分别在运行时间为0.5、1、2、3、5、12h时取进水及出水进行水质分析(主要包括COD、 磷,mg/L;浊度,NTU)。考察PVDF/rGO-0.5wt.%、PVDF/rGO-1.0wt.%复合膜对污染物的吸附富集能力。与纯PVDF膜比较,在运行时间0.5h-5h内,PVDF/rGO复合膜侧出水水质(COD、氨氮和磷)与进水口相比,去除速率更快,当运行时间大于5h时,去除速率差距则有所减小。
[0058] 本实施例中,PVDF/rGO复合膜膜阻力分析:在MBR运行的过程中,胞外聚合物(EPS)被认为是造成膜污染的主要因素。从结构上可将EPS分为紧密黏附的胞外聚合物(TB-EPS)和松散附着的胞外聚合物(LB-EPS)两部分。本发明用多糖和蛋白质的质量和表示EPS的量。其中多糖通过蒽法测定,其以葡萄糖作为标准物质;蛋白质通过Lowry法测定,其以血清蛋白(BSA)作为标准物质。分别考察PVDF膜和PVDF/rGO-0.5wt.%、PVDF/rGO-1.0wt.%复合膜表面EPS的堆积量。PVDF/rGO复合膜表面的EPS堆集量较纯PVDF膜减少了一半以上。
[0059] 以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解,本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此,凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案,皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
相关专利内容
标题 发布/更新时间 阅读量
一种离子加速器 2020-05-11 256
一种自屏蔽加速器及利用该加速器的PET塑料瓶生产线 2020-05-12 734
防磁高电压加速管 2020-05-12 111
一种电子加速器 2020-05-11 426
粒子加速器 2020-05-11 753
超导高频加速腔的制造方法 2020-05-13 752
一种电子加速器加速管粘贴工装 2020-05-11 335
大功率加速器 2020-05-12 164
高压型加速器 2020-05-12 808
一种加速管 2020-05-11 108
高效检索全球专利

专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台,是提供专利分析,专利查询,专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。

我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据,免费查、免费专利分析。

申请试用

分析报告

专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析,涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度,系统通过AI智能系统对图表进行解读,只需1分钟,一键生成行业专利分析报告。

申请试用

QQ群二维码
意见反馈