本發明涉及水處理,尤其涉及一種多功能耦合的預涂覆超濾膜及其制備和應用方法。
背景技術:
1、近年來,水環境污染問題日益突出,各種污染物被頻繁檢出,且難以通過常規凈化技術得到有效去除。為了提高供水安全性,超濾工藝在飲用水廠得到了推廣。超濾技術具有藥劑投加少、運行穩定等優點,但小分子污染物的去除和膜污染問題仍在一定程度上阻礙了超濾膜的廣泛應用。
2、膜改性是提高污染物去除效果和控制膜污染的有效方式,常見的改性方式有膜表面改性法和膜材料改性法。近年來,將濾膜與光催化組合的光催化膜成為多功能超濾膜的研究熱點。一方面,光催化膜解決了納米催化劑在水中難以分離、再利利用率低、二次污染的問題;另一方面,減緩了膜表面形成泥餅層、降低了膜的清洗頻率。然而,在光催化反應中,小分子量中間產物存在泄漏風險,制約了光催化膜的發展。
技術實現思路
1、鑒于上述的分析,本發明實施例旨在提供一種多功能耦合的預涂覆超濾膜及其制備和應用方法,用以解決現有超濾技術伴隨的小分子污染物去除困難和膜污染問題。
2、一方面,本發明提供了一種多功能耦合的預涂覆超濾膜,能夠用于去除水中的污染物,至少能夠用于去除水中的有機物,所述多功能耦合的預涂覆超濾膜包括:
3、超濾膜;
4、負載物,涂覆于所述濾膜上,負載物的負載量為6~50g/m2;所述負載物包括bi2o3/tio2復合金屬氧化物和碳基材料,所述碳基材料、bi2o3/tio2復合金屬氧化物依次涂覆于所述超濾膜表面,且bi2o3/tio2復合金屬氧化物和碳基材料質量比為1:(1~3)。
5、進一步地,所述超濾膜的材質為聚偏二氟乙烯、聚醚砜、聚四氟乙烯、聚酰胺、陶瓷膜中的一種。
6、進一步地,所述bi2o3/tio2復合金屬氧化物中的bi與ti的摩爾比為0.04~0.10。
7、進一步地,所述碳基材料為活性炭、介孔碳、碳納米管中的一種或幾種。
8、另一方面,本發明提供了一種多功能耦合的預涂覆超濾膜的制備方法,至少能夠用于制備上述的多功能耦合的預涂覆超濾膜,所述制備方法包括以下步驟:
9、s100:將負載物分別分散在水中獲得負載懸浮液;
10、s200:將負載懸浮液依次均勻地涂覆在超濾膜表面,得到多功能耦合的預涂覆超濾膜;
11、其中,所述負載物的負載量為6~50g/m2;
12、所述負載物包括bi2o3/tio2復合金屬氧化物和碳基材料,所述碳基材料、bi2o3/tio2復合金屬氧化物依次涂覆于所述超濾膜表面,bi2o3/tio2復合金屬氧化物和碳基材料質量比為1:(1~3)。
13、進一步地,步驟s100中,負載物放入水中通過超聲進行分散,所述超聲的頻率為30~50khz,超聲時長為20~40min。
14、進一步地,所述bi2o3/tio2復合金屬氧化物的制備方法包括以下步驟:
15、s101:將鈦的前驅體化合物緩慢倒入冰醋酸中,然后將混合物倒入無水乙醇中,攪拌得到a液,其中,鈦的前驅體化合物、冰乙酸和無水乙醇的體積比為2:1:8;
16、鉍的前驅體化合物溶于水得到b液,鉍的摩爾濃度0.02~0.04mol/l;
17、s102:將a液與b液按體積比為1:(0.9~1.5)混合,進行水熱反應,將水熱反應得到的產物從反應液中分離、干燥、煅燒得到bi2o3/tio2復合金屬氧化物。
18、進一步地,步驟s200中,所述超濾膜在被涂覆之前先進行預處理,預處理過程:將超濾膜先用50%~70%乙醇溶液浸泡15-30?min,再用去離子水浸泡24~30?h。
19、進一步地,步驟s200中,負載物的涂覆過程的跨膜壓差恒定在20~30kpa。
20、再一方面,本發明提供了一種多功能耦合的預涂覆超濾膜的應用方法,至少能夠應用于上述的多功能耦合的預涂覆超濾膜,包括暗處理或/和光處理;
21、所述暗處理是將多功能耦合的預涂覆超濾膜固定于含有待處理液的膜反應器上,進行暗吸附;
22、所述光處理是將多功能耦合的預涂覆超濾膜固定于含有待處理液的膜反應器上,采用紫外光輻照所述多功能耦合的預涂覆超濾膜進行光催化氧化;
23、當待處理液中的doc?含量<2?mg/l,采用暗處理;
24、當待處理液中的doc?含量>3?mg/l,采用光處理;
25、當待處理液中的doc含量在2?~?3?mg/l范圍內,采用暗處理和光處理交替進行。
26、與現有技術相比,本發明至少可實現如下有益效果之一:
27、(1)本發明通過光催化材料和碳基材料有機結合對超濾膜進行改性,對于超濾工藝的改進和供水安全保障具有重要意義;本發明的多功能耦合的預涂覆超濾膜為雙層預涂覆超濾膜,同時具有吸附、光催化氧化、截留功能,使碳基材料的吸附作用、bi2o3/tio2復合材料的光催化氧化降解作用、濾膜的截留作用可以在復合材料上同步原位實現,能夠有效去除水中的有機物,相比于未改性超濾膜,本發明的多功能耦合的預涂覆超濾膜的通量回收率可提高17%以上,uv254和doc(溶解性有機碳)去除率可提高20%以上;
28、(2)本發明將bi2o3/tio2復合金屬氧化物和碳基材料預涂覆到超濾膜上,制備出bi2o3/tio2與碳基材料雙層預涂覆超濾膜,并應用于水處理過程;構建出同時具有吸附、光催化氧化、膜截留功能的耦合作用體系,兼具污染物的去除效果提高和膜污染減緩的雙重有益效果;
29、(3)本發明改性后的超濾膜對水中不同分子量有機物均有較好的去除效果,解決了光催化氧化過程小分子量中間產物泄露的問題,增強了超濾膜的親水性能,減緩了膜污染,且制備方法和條件簡單。
30、本發明中,上述各技術方案之間還可以相互組合,以實現更多的優選組合方案。本發明的其他特征和優點將在隨后的說明書中闡述,并且,部分優點可從說明書中變得顯而易見,或者通過實施本發明而了解。本發明的目的和其他優點可通過說明書以及附圖中所特別指出的內容中來實現和獲得。
1.一種多功能耦合的預涂覆超濾膜,其特征在于,能夠用于去除水中的污染物,所述多功能耦合的預涂覆超濾膜包括:
2.根據權利要求1所述的多功能耦合的預涂覆超濾膜,其特征在于,所述超濾膜的材質為聚偏二氟乙烯、聚醚砜、聚四氟乙烯、聚酰胺、陶瓷膜中的一種。
3.根據權利要求1所述的多功能耦合的預涂覆超濾膜,其特征在于,所述bi2o3/tio2復合金屬氧化物中的bi與ti的摩爾比為0.04~0.10。
4.根據權利要求1所述的多功能耦合的預涂覆超濾膜,其特征在于,所述碳基材料為活性炭、介孔碳、碳納米管中的一種或幾種。
5.一種多功能耦合的預涂覆超濾膜的制備方法,其特征在于,至少能夠用于制備如權利要求1至4任一所述的多功能耦合的預涂覆超濾膜,所述制備方法包括以下步驟:
6.根據權利要求5所述的制備方法,其特征在于,步驟s100中,負載物放入水中通過超聲進行分散,所述超聲的頻率為30~50khz,超聲時長為20~40min。
7.根據權利要求5所述的制備方法,其特征在于,所述bi2o3/tio2復合金屬氧化物的制備方法包括以下步驟:
8.根據權利要求5所述的制備方法,其特征在于,步驟s200中,所述超濾膜在被涂覆之前先進行預處理,預處理過程:將超濾膜先用50%~70%乙醇溶液浸泡15-30?min,再用去離子水浸泡24~30?h。
9.根據權利要求5所述的制備方法,其特征在于,步驟s200中,負載物的涂覆過程的跨膜壓差恒定在20~30kpa。
10.一種多功能耦合的預涂覆超濾膜的應用方法,其特征在于,至少能夠應用于如權利要求1至4任一所述的多功能耦合的預涂覆超濾膜,包括暗處理或/和光處理;