微生物载体杂化MBfR膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及微生物载体杂化MBfR膜及其制备方法，所述的MBfR膜包括重量百分比的各组分的铸膜液：PVDF12‑35％，成孔剂2‑18％，微生物载体0.05‑15％以及溶剂45‑86％；微生物载体主要为300～2000目粒度的硝酸改性活性炭粉末或者碳纳米管中的一种或二种的组合。所述微生物载体杂化MBfR膜为中空纤维膜，内外侧孔径梯度分布，内外侧孔径比值5～50；中空纤维膜为内外圆同心的单芯膜或多芯孔的结构。膜表面掺杂的活性炭微颗粒提供了极大的比表面积，为产品提供了良好的微生物附着及生长条件；多芯孔膜结构具备较高的机械强度，使产品抗水力及汽水冲击的能力大大增强。

【技术实现步骤摘要】
微生物载体杂化MBfR膜及其制备方法
本申请属于超滤膜制备
，具体涉及一种具有优良微生物负载性特点的以PVDF分为主体的多芯结构增强型的微生物载体杂化MBfR膜及其制备方法。
技术介绍
膜生物膜反应器(MembraneBiofilmReactor,MBfR)膜是一种将膜曝气与传统生物污水处理相结合的新型水污染控制技术，由于具有优异的氧传质特性，可以应用于亚硝酸盐超标的饮用水项目处理，相比于反渗透处理工艺及纳滤处理工艺，节能达40～90％，且无浓水排放；也可以应用于黑臭河治理及其它硝化、反硝化环节，在给水净化、中水回用、废水处理等领域得到越来越广泛的应用。目前国内外现有的市场化产品由于基本采用烧结拉伸PTFE疏水膜作为MBfR膜材料，存在无皮层，内外侧孔径一致，泡点压力过低，外皮层孔径过小微生物极难挂膜，且微生物只能通过EPS简单附着在MBfR膜表面，微生物性质单一，数量少，由此带来氧传质微生物利用率极低，COD及TN去除效率不稳定的弊端，从而很难市场化推广。因此，寻找一种具有孔径梯度，合适的内层孔径保证合适的泡点压力，外层具有较大的立体网状孔结构及巨大的比表面积，便于微生物生长繁殖的膜元件生产工艺非常重要。聚偏氟乙烯(PVDF)是一种目前广泛应用的高端合成材料，具有非常优异的物理化学性能，可以耐大多数无机酸(发烟硫酸和浓硝酸除外)以及各种强碱、多数有机溶剂(如醇类、卤代烃、脂肪烃、芳烃)等，可以应用于各种腐蚀性环境。但对于长期处于水力及汽水冲击使用环境而言，无支撑PVDF中空纤维膜存在易断丝的缺陷，市面MBR膜元件目前为解决该问题，采用PET钩织管涂敷PVDF制造过滤膜，但该内过滤膜只能作为外压使用，内压使用会导致皮层脱落，产品失效问题。为此有必要开发一种内层具有较小孔径，外层具有较大立体网状孔结构，且外层须具有较大的比表面积的MBfR膜，同时要求MBfR膜具备较高的机械强度，以适应存在较高的水力冲击的使用环境。
技术实现思路
本专利技术的目的在于为克服现有技术的不足，提供一种微生物载体杂化MBfR膜，微生物极易附着且泡点合适的PVDF材质为主材的增强机械强度的MBfR中空纤维膜，同时，本专利技术还提供了该膜的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案来实现的：本专利技术提供了一种微生物载体杂化MBfR膜，所述微生物载体杂化MBfR膜为中空纤维膜；包括以下重量百分比的各组份的铸膜液：PVDF12-35％、成孔剂2-18％、微生物载体0.05-15％、溶剂45-86％，所述的微生物载体为300～2000目粒度的硝酸改性活性炭粉末或者碳纳米管中的一种或二种的组合。优选地，本专利技术提供微生物载体杂化MBfR膜，所述微生物载体杂化MBfR膜为中空纤维膜；由具有以下重量百分比的各组份的铸膜液制成：PVDF12-35％、成孔剂2-18％、微生物载体0.05-15％、溶剂45-86％，所述的微生物载体为300～2000目粒度的硝酸改性活性炭粉末或者碳纳米管中的一种或二种的组合。优选地，本专利技术提供微生物载体杂化MBfR膜，PVDF为重均分子量10-80万的树脂粉。进一步优选地，PVDF为平均重均分子量20～60万的树脂粉。优选地，本专利技术提供微生物载体杂化MBfR膜，成孔剂主要成分为聚乙二醇、甘油、吐温、二甘醇及聚乙烯吡咯烷酮的一种或多种混合物。进一步优选地，聚乙二醇平均相对分子量为PEG200-PEG2000。进一步优选地，聚乙二醇平均相对分子量为PEG400-PEG600。进一步优选地，聚乙烯吡咯烷酮K值为K15-K120。进一步优选地，聚乙烯吡咯烷酮K值为K60-K120。优选地，本专利技术提供微生物载体杂化MBfR膜，溶剂主要成分为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、磷酸丁内酯中的一种或多种混合溶剂。在另一优选例中，本专利技术提供微生物载体杂化MBfR膜，所述的膜为内压式或外压式中空纤维膜。优选地，本专利技术提供微生物载体杂化MBfR膜，内压式中空纤维膜内侧过滤孔径介于0.02～1.5微米之间，外侧孔径介于0.1～50微米之间。优选地，本专利技术提供微生物载体杂化MBfR膜，外压式中空纤维膜内侧孔径介于0.1～50微米之间，外侧过滤孔径介于0.02～1.5微米之间。优选地，本专利技术提供微生物载体杂化MBfR膜，膜结构的支撑层为海绵状微观结构，也可为指状孔或泡腔结构。为提高产品强度及韧性优选海绵状微孔结构；为产品降低能耗，优选指状孔单皮层结构。优选地，本专利技术提供微生物载体杂化MBfR膜，膜内外侧孔径梯度分布，内外侧孔径比值5～50，优选10～40，更优选15～30。在另一优选例中，本专利技术提供微生物载体杂化MBfR膜，所述中空纤维可以是简单的内外圆保持一定同心度的单芯膜；也可以为一个较大的外部圆形，内部含有1～11个芯孔的结构，优选3～9个芯孔，更优选5～7个芯孔，芯孔数量优选奇数个。本专利技术还提供了一种微生物载体杂化MBfR膜的制备方法，所述MBfR膜的制备方法，其采用的是干-湿法或湿法制膜，包括如下步骤：(1)精确按前述重量比的各组份配制铸膜液；(2)将该铸膜液在温度50～132℃下充分搅拌溶解；(3)对溶解的铸膜液进行充分地真空或静置脱泡；(4)通过常规纺丝工艺进行纺丝及干燥。优选地，步骤4具体操作为：将脱泡后的铸膜液通过氮气或泵挤入插入管式喷丝头，芯液通入15～80℃水或水溶液，所述水溶液由质量百分百占10～85％的DMAc或DMF与纯水组成，喷丝头吐出口距离凝胶浴液面以下20厘米至液面以上50厘米，凝胶浴槽温度恒定在10-70℃，前述铸膜液在凝胶浴槽中成膜并通过卷绕系统收集产品。优选地，本专利技术提供的微生物载体杂化MBfR膜的制备方法，MBfR膜的卷取速度为10-100m/min，优选15-45m/min。本专利技术与现有技术相比的明显有益效果是：本专利技术提供的微生物载体杂化MBfR膜，具有以下几个特点：1.改性剂为300～2000目粒度的硝酸改性活性炭粉末或者碳纳米管中的一种或二种组合，其中改性活性炭经硝酸处理后，有效去除活性炭加工过程中产品中的灰分含量，克服了未经硝酸、盐酸或磷酸等无机酸处理的活性炭产品中过高的灰分会导致制膜时铸膜液不稳定，导致产品质量不可控的问题；活性炭粉末经过硝酸处理后表面富含羟基基团，有利于铸膜液稳定及活性炭粉末在最终产品中与PVDF形成良好的结合。2.通过本专利技术所生产的MBfR膜内侧过滤孔径介于0.08～0.5微米之间，外侧孔径介于0.15～30微米之间，N2泡点压力在20kpa～500kpa之间，合适的泡点压力使产品具有简易的过程操作方式和更优异的氧(氢)利用率。3.通过本专利技术所生产的MBfR膜外表面接触角在36°～65°之间，且膜表面掺杂的活性炭微颗粒提供了极大的比表面积，为产品提供了良好的微生物附着及生长条件。4.多芯孔膜结构使产品抗水力及汽水冲击的能力大大增强，且制备方法简单，操作简便。以上获益将使本专利技术产品可适用范围得到很大的拓展，同时可应用于微污染饮用水处理、黑臭河治理、中水回用及污水处理。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微生物载体杂化MBfR膜，其特征在于，所述微生物载体杂化MBfR膜为中空纤维膜；包括以下重量百分比的各组份的铸膜液：

【技术特征摘要】
1.一种微生物载体杂化MBfR膜，其特征在于，所述微生物载体杂化MBfR膜为中空纤维膜；包括以下重量百分比的各组份的铸膜液：所述的微生物载体为300～2000目粒度的硝酸改性活性炭粉末或者碳纳米管中的一种或二种的组合。2.一种微生物载体杂化MBfR膜，其特征在于，所述微生物载体杂化MBfR膜为中空纤维膜；由具有以下重量百分比的各组份的铸膜液制成：所述的微生物载体为300～2000目粒度的硝酸改性活性炭粉末或者碳纳米管中的一种或二种的组合。3.权利要求1或2所述微生物载体杂化MBfR膜，其特征在于，所述中空纤维膜的支撑层为海绵状微观结构、指状孔或泡腔结构。4.根据权利要求1或2所述微生物载体杂化MBfR膜，其特征在于，所述中空纤维膜的内外侧孔径梯度分布，内外侧孔径比值5～50。5.根据权利要求1或2所述微生物载体杂化MBfR膜，其特征在于，所述中空纤维膜为内压式中空纤维膜，内压式中空纤维膜内侧过滤孔径介于0.02～5微米之间，外侧孔径介于0.1～50微米之间。6.根据权利要求1或2所述微生物载体杂化MBfR膜，其特征在于，所述中空纤维膜为外压式中空纤维膜，外压式中空纤维膜内侧孔径介于...

【专利技术属性】
技术研发人员：李涓胜，
申请(专利权)人：北京欧威爱特环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11