一种纳米生物炭改性PVDF平板膜及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于废水处理技术中的膜分离技术领域，具体涉及一种纳米生物炭改性PVDF平板膜及其制备方法与应用。将纳米生物炭在膜制备时添加到聚合物铸膜液中对PVDF进行共混改性制备得到纳米生物炭改性PVDF平板膜，改性前的PVDF平板膜成疏松多孔海绵状，且孔径较大。改性后的PVDF平板膜膜孔孔数减少及孔径变小，即改性PVDF平板膜的孔隙率和平均孔数减少了。该纳米生物炭改性PVDF平板膜能截留去除水体中的染料，成本低廉，处理效果好。其对甲基橙溶液截留率达到了99.8％，对于其他的染料也有很好的发展前景。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米生物炭改性PVDF平板膜及其制备方法与应用
本专利技术属于废水处理技术中的膜分离
，具体涉及一种纳米生物炭改性PVDF平板膜及其制备方法与应用。
技术介绍
膜分离技术被认为是“21世纪最有前途、最有发展前景的重大高新技术之一,它在工业技术改造中起着战略性作用”。膜分离技术对许多传统工业的优化与转型起着很重要的作用。有科学家学者甚至表明“谁掌握了膜技术，谁就掌握了化学工业的未来”。膜分离技术指的是在外界能量或者化学位差的推动下，借助某种特定的膜的渗透作用，实现对两种组分甚至多种组分混合的液体或气体分离、分级、提纯或者浓缩富集的分离技术。膜分离技术是近几十年来才发展起来的新型的分离技术。膜分离技术广泛应用在医疗、制药、生物、电力、饮料与食品加工、石油化工、仿生、除菌、水处理以及海水淡化等诸多领域。聚偏氟乙烯(PVDF)是一种常用的膜材料，它抗氧化活性强,在室温的条件下不受酸、碱和强氧化剂以及卤素等物质的腐蚀，耐化学性优异,热稳定性强，机械强度大，成膜性能良好等优良性能。由于疏水性强而使其容易受到蛋白质和水处理系统中其他杂质的污染，导致膜通量下降，膜的使用寿命减小，更换成本增加。因此，PVDF改性已成为一个重要的研究方向。目前PVDF膜改性方法主要有表面改性、化学改性和共混改性。但表面改性的涂覆层易从膜表面脱落、持久性差；化学改性会降低膜强度且过程复杂；共混改性操作简便且反应条件温和，因此与其他方法相比具有一定优势。目前共混改性的纳米无机粒子有纳米二氧化钛(TiO2)、纳米氧化铝(Al2O3)、纳米二氧化硅(SiO2)等氧化物，但是他们的成本比较高。生物炭是生物有机材料(生物质)在缺氧或绝氧环境中，经高温热裂解后生成的固态产物。既可作为高品质能源、土壤改良剂，也可作为还原剂、肥料缓释载体及二氧化碳封存剂等，已广泛应用于固碳减排、水源净化、重金属吸附和土壤改良等。生物炭对水中微量有机污染物具有良好的吸附能力，对工业废水的吸附效果好，制备简单，价格低廉。故而广泛应用于各类废水处理。将生物炭在膜制备时添加到聚合物铸膜液中,用于提高亲水性、抗菌特性、渗透性和机械强度。这为PVDF膜改性提供新的思路。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种纳米生物炭改性PVDF平板膜及其制备方法与应用。将纳米生物炭在膜制备时添加到聚合物铸膜液中对PVDF进行共混改性制备得到纳米生物炭改性PVDF平板膜，改性前的PVDF平板膜成疏松多孔海绵状，且孔径较大。改性后的PVDF平板膜膜孔孔数减少及孔径变小，即改性PVDF平板膜的孔隙率和平均孔数减少了。该纳米生物炭改性PVDF平板膜能截留去除水体中的染料，成本低廉，处理效果好。其对甲基橙溶液截留率达到了99.8％，对于其他的染料也有很好的发展前景。本专利技术的技术方案为：一种纳米生物炭改性PVDF平板膜的制备方法，包括以下步骤：(1)向纳米生物炭中加入N，N-二甲基甲酰胺(DMF)，密封后超声使其完全分散，得到纳米活性炭-DMF分散体系；(2)取聚偏氟乙烯(PVDF)和聚乙二醇(PEG)混合后加入纳米活性炭-DMF分散体系，在水浴条件下搅拌至溶液呈均匀流动石油状，密封后置于恒温箱中恒温使气泡逸出得到铸膜液；(3)将铸膜液倾倒在洁净干燥的玻璃板上，使用涂布器进行涂膜；(4)将膜连同玻璃板一起完全浸没于去离子水中，待膜脱离玻璃板并完全成形后，选择无缺损部分剪裁成圆形膜片，置于溶液中浸泡，最后将PVDF膜浸泡在去离子水中，即制备得到纳米生物炭改性PVDF平板膜成品。优选地，步骤(1)中纳米生物炭和DMF的比例为9～270g/20000～60000mL，超声分散时间为1～10h，步骤(4)中所述圆形膜片的直径大于10.2cm，所述溶液是指质量浓度为40～100％的甲醇水溶液或质量浓度为40～100％的乙醇水溶液，溶液浸泡时间为5～60min，最后去离子水浸泡时间为12～72h。优选地，步骤(2)中PEG的分子量为400～10000，PVDF和PEG的重量比为2～6:1～3。更优选地，步骤(2)中PEG的分子量为400。优选地，步骤(2)中纳米生物炭与PVDF的重量比为0.1～3％，水浴温度为50-80℃，搅拌时间为0.5～10h。更优选地，步骤(2)中纳米生物炭与PVDF的重量比为3％。优选地，步骤(3)中涂膜厚度为0.25～1mm。更优选地，步骤(3)中涂膜厚度为0.75mm。上述方法制备得到的纳米生物炭改性PVDF平板膜。上述纳米生物炭改性PVDF平板膜在处理印染污水中的应用。本专利技术的有益效果如下：本专利技术纳米生物炭改性PVDF平板膜孔隙率和平均孔数相对于改性前明显减少，能截留去除水体中的染料，成本低廉，处理效果好。其对甲基橙溶液截留率达到了99.8％，对于其他的染料也有很好的发展前景。附图说明图1为改性之前的PVDF平板膜的SEM图；图2为实施例1制备得到纳米生物炭改性PVDF平板膜的SEM图；图3为实施例1-4的纳米生物炭PVDF平板膜对甲基橙溶液截留率及膜通量图表；图4为实施例1、4、7-9的纳米生物炭PVDF平板膜对甲基橙溶液截留率及膜通量图表；图5为实施例1、10-12的纳米生物炭PVDF平板膜对甲基橙溶液截留率及膜通量图表。具体实施方式下面结合具体实施方式，对本专利技术的技术方案作进一步的详细说明，但不构成对本专利技术的任何限制。实施例1一种纳米生物炭改性PVDF平板膜的制备方法，包括以下步骤：(1)取1.35g纳米生物炭，置于250mL锥形瓶中，加入250mLDMF，用保鲜膜封口并震荡摇匀，超声2h使其完全分散，得到纳米活性炭-DMF分散体系；(2)取45gPVDF和20g分子量为400的PEG混合后加入上述250mL纳米活性炭-DMF分散体系，在70℃水浴条件下用电动搅拌机搅拌30min至溶液呈均匀流动石油状，此时溶液中产生大量细小气泡，用保鲜膜小心封口，置于70℃恒温箱中恒温24h，使气泡逸出得到铸膜液；(3)将铸膜液倾倒在洁净干燥的玻璃板上，使用涂布器进行涂膜，控制膜厚度为0.75mm；(4)将膜连同玻璃板一起完全浸没于去离子水中，待膜脱离玻璃板并完全成形后，选择无缺损部分剪裁成直径稍大于10.2cm的圆形膜片，置于质量浓度为70％的乙醇水溶液中浸泡10min，最后将PVDF膜浸泡在去离子水中48h置换乙醇，即制备得到纳米生物炭改性PVDF平板膜成品。经测试，本实施例制备的纳米生物炭PVDF平板膜对甲基橙溶液的截留率达到99.8％。实施例2一种纳米生物炭改性PVDF平板膜的制备方法，包括以下步骤：(1)取0.9g纳米生物炭，置于250mL锥形瓶中，加入250mLDMF，用保鲜膜封口并震荡摇匀，超声2h使其完全分散，得到纳米活性炭-DMF分散体系；(2)取45gPVDF和20g分子量为400的PEG混合后加入上述250mL纳米活性炭-DMF分散体系，在70℃水浴条件下用电动搅拌机搅拌30min至溶液呈均匀流动石油状，此时溶液中产生大量细小气泡，用保鲜膜小心封口，置于70℃恒温箱中恒温24h，使气泡逸出得到铸膜液；(3)将铸膜液倾倒在洁净干燥的玻璃板上，使用涂布器进行涂膜，控制膜厚度为0.75mm；(4)将膜连同玻璃板一起完全浸没于去离子水中，待膜脱离玻璃板并完全成形后，选择本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米生物炭改性PVDF平板膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)向纳米生物炭中加入DMF，密封后超声使其完全分散，得到纳米活性炭‑DMF分散体系；(2)取PVDF和PEG混合后加入纳米活性炭‑DMF分散体系，在水浴条件下搅拌至溶液呈均匀流动石油状，密封后置于恒温箱中恒温使气泡逸出得到铸膜液；(3)将铸膜液倾倒在洁净干燥的玻璃板上，使用涂布器进行涂膜；(4)将膜连同玻璃板一起完全浸没于去离子水中，待膜脱离玻璃板并完全成形后，选择无缺损部分剪裁成圆形膜片，置于溶液中浸泡，最后将PVDF膜浸泡在去离子水中，即制备得到纳米生物炭改性PVDF平板膜成品。

【技术特征摘要】
1.一种纳米生物炭改性PVDF平板膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)向纳米生物炭中加入DMF，密封后超声使其完全分散，得到纳米活性炭-DMF分散体系；(2)取PVDF和PEG混合后加入纳米活性炭-DMF分散体系，在水浴条件下搅拌至溶液呈均匀流动石油状，密封后置于恒温箱中恒温使气泡逸出得到铸膜液；(3)将铸膜液倾倒在洁净干燥的玻璃板上，使用涂布器进行涂膜；(4)将膜连同玻璃板一起完全浸没于去离子水中，待膜脱离玻璃板并完全成形后，选择无缺损部分剪裁成圆形膜片，置于溶液中浸泡，最后将PVDF膜浸泡在去离子水中，即制备得到纳米生物炭改性PVDF平板膜成品。2.根据权利要求1所述的一种纳米生物炭改性PVDF平板膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中纳米生物炭和DMF的比例为9～270g/20000～60000mL，超声分散时间为1～10h，步骤(4)中所述圆形膜片的直径大于10.2cm，所述溶液是指质量浓度为40～100％的甲醇水溶液或质量浓度为40～100％的乙醇水溶液，溶液浸泡时间为5～60min，最后去离子水浸泡时间为12～72h。3.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑刘春，阳月贝，黄嘉颖，许宗林，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东,44