组合工艺再生用于水中微污染物去除的纳米复合膜的方法技术

本发明专利技术涉及组合工艺再生用于水中微污染物去除的碳纳米复合膜的方法。而有效的碳纳米复合膜的再生方法，可以实现碳纳米复合膜重复利用，延长碳纳米复合膜的使用寿命。本发明专利技术为解决目前研究中单独的再生方法难以实现碳纳米复合膜的有效再生的问题，开发再生工艺包括制备负载液、复合膜的制备、复合膜低压过滤、复合膜物理‑化学组合工艺再生等步骤。本工艺采用清洁无污染的物理和化学方法联合再生的方法，有效实现了微污染在碳纳米复合膜上的解吸。同时组合工艺再生前后的碳纳米复合膜的物理化学性质稳定，这为碳纳米材料在水处理工程中的应用提供了理论依据和技术指导。

Combined process regeneration of nanocomposite membrane for removal of micro pollutants in water

The invention relates to a method for regenerating a carbon nano composite film used for the removal of micro pollutants in water by a combined process. The effective regeneration method of carbon nanocomposite membrane can realize the reuse of carbon nanocomposite membrane and extend the service life of carbon nanocomposite membrane. In order to solve the problem that the separate regeneration method in the present research is difficult to realize the effective regeneration of the carbon nano composite membrane, the development and regeneration process includes the steps of preparing the loading liquid, the preparation of the composite membrane, the low-pressure filtration of the composite membrane, the physical \u2011 chemical combination process regeneration of the composite membrane, etc. In this process, clean and pollution-free physical and chemical methods are combined to regenerate, which effectively realizes the desorption of micro pollution on the carbon nano composite membrane. At the same time, the physical and chemical properties of the carbon nano composite membrane before and after the combined process regeneration are stable, which provides theoretical basis and technical guidance for the application of carbon nano materials in water treatment engineering.

【技术实现步骤摘要】
组合工艺再生用于水中微污染物去除的纳米复合膜的方法
本专利技术属于水处理
，涉及一种膜过滤系统，具体涉及一种基于纳米复合膜过滤系统的再生方法。
技术介绍
新型纳米材料碳纳米管和石墨烯的市场价格分别是$100-45,000K-1和$1,200-228,000Kg-1，而实际应用较多的活性炭的市场价格是$0.67-75Kg-1由于碳纳米材料昂贵的价格，有效的再生方法有助于推进碳纳米材料在实际水处理中的应用。目前，碳纳米材料的再生方法有很多，主要包括化学再生方法，生物再生方法，热再生法和微波加热再生法。其中化学再生法是通过弱化污染物和碳纳米材料之间的作用力而被广泛地应用在碳纳米材料的再生上。超声增强微污染物在碳纳米材料上的解吸量是由于超声空化作用能够产生高能量的震动、崩溃和裂解，从而削弱了微污染物与碳纳米材料之间的作用力，促进了微污染物在碳纳米材料上的解吸。利用组合工艺可以同时结合化学再生法和物理再生法的优点，优化再生处理的方法，延长碳纳米复合膜的使用寿命，从而进一步推进碳纳米材料在实际水处理中的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高效再生MWCNT复合膜的组合工艺，使碳纳米复合膜能够进行长期的过滤，延长使用寿命。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：组合工艺再生用于水中微污染物去除的碳纳米复合膜，其特征在于本专利技术结合了清洁无污染的物理方法和化学方法，有效实现了碳纳米复合膜的再生。物理方法：超声处理功率：10-20kHZ，超声时间15-60min化学方法：0.01-1.0MNaCl再生清洗液组合工艺再生用于水中微污染物去除的碳纳米复合膜，优化后的再生条件如下：物理方法：超声处理功率：20kHZ，超声时间30min化学方法：0.1MNaCl再生清洗液本专利技术所述组合工艺再生用于水中微污染物去除的碳纳米复合膜，其特征在于：本专利技术有效地结合了清洁无污染的化学清洗法和物理超声法，实现了微污染物在碳纳米复合膜上的解吸。本专利技术具有如下优点：首先，本专利技术使用的碳纳米复合膜的制备工艺简单：商业化购买MWCNT，其外径为5-60nm，长度1-30μm，含氧量(质量百分含量)1.2-4.1％，并且与去离子水按照1mg/1mL＝1的比例混合，并用超声破碎仪分别进行10-15min的超声处理；利用抽滤法将以上MWCNT悬浊液制备成MWCNT复合膜；接着，本专利技术采用了清洁无污染的氯化钠溶液化学清洗方法对过滤微污染的MWCNT膜进行再生，并且与膜再生常用的甲醇再生方法和乙醇的再生方法做对比，发现NaCl溶液的再生效果最佳。然后，本专利技术结合无环境污染的物理再生方法，进一步提高了NaCl溶液的再生效果，同时通过对比分析不同超声功率和超声时间下组合工艺的再生效果，优化组合工艺的处理条件。最后，通过对组合工艺处理后的碳纳米材料的表面形貌和化学性质进行对比分析，阐明再生过程的机理，评价组合再生处理工艺对碳纳米材料的影响。附图说明图1扑热息痛(AAP)，布洛芬(IBU)和三氯生(TCS)在原始碳纳米复合膜和不同种类的化学清洗液再生后碳纳米复合膜上的吸附能力。微污染物浓度＝1mgL-1，pH＝7.0，累计单位膜面积水流通量＝62.3Lm-2，碳纳米管质量＝30mg，温度＝25±2℃图2原始MWCNT复合膜和化学/超声再生后MWCNT复合膜对扑热息痛(AAP)，布洛芬(IBU)和三氯生(TCS)的吸附能力，微污染物浓度＝1mgL-1，pH＝7.0，累计单位面积滤液体积＝174Lm-2，CNT质量＝30mg，温度＝25±2℃图3原始MWCNT复合膜和化学/超声再生后MWCNT复合膜对扑热息痛(AAP)，布洛芬(IBU)和三氯生(TCS)的吸附能力，微污染物浓度＝1mgL-1，pH＝7.0，累计单位面积滤液体积＝174Lm-2，CNT质量＝30mg，温度＝25±2℃图4在最优超声时间下扑热息痛(AAP)，布洛芬(IBU)和三氯生(TCS)在碳纳米管上连续五周期(a)吸附能力，(b)比解吸量和(c)解吸比例率。微污染物浓度＝1mgL-1，pH＝7.0，累计单位膜面积过滤通量＝174Lm-2，CNT质量＝30mg，温度＝25±2℃图5化学再生法和超声再生法机理示意图图6(a)原始MWCNT，(b)物理-化学组合工艺再生处理及MWCNT的透射电镜图及其对应的(c-d)C1s的XPS分析图具体实施方式下面结合附图和实例对本专利技术进行说明。如图1所示，采用商业化的MWCNT，其外径为10-20nm，长度10-30μm，含氧量2.1％，并且与去离子水按照1mg/1mL＝1的比例混合，并用超声破碎仪分别进行10-15min的超声处理；化学法再生碳纳米复合膜主要是以甲醇、乙醇以及氯化钠为清洗剂，并对清洗后的碳纳米复合膜的再吸附能力进行比较。结果表明，氯化钠清洗后碳纳米复合膜的吸附能力高于甲醇和乙醇清洗后的碳纳米复合膜的吸附容量，并且氯化钠对环境清洁无污染且易于回收，因此本研究的化学清洗以氯化钠为清洗液。氯化钠对微污染物较好的解吸效果是由于钠离子置换了吸附在碳纳米材料上的钠离子，从而促进了微污染物在CNT上的解吸。具体再生方法如下：1)商业化购买MWCNT，其外径为5-60nm，长度1-30μm，含氧量1.2-4.1％，并且与去离子水按照1mg/1mL＝1的比例混合，并用超声破碎仪分别进行10-15min的超声处理；2)以孔径大小为0.1-0.22微米，表面积为4.52×10-4m2的聚偏二氟乙烯膜(PVDF)或者聚氯乙烯(PVC)为基底，利用抽滤法将1)中的MWCNT悬浊液制备成MWCNT复合膜；3)利用动态过滤的方法过滤水体中的微污染物，直至以上制备的MWCNT过滤饱和，然后将过滤饱和的MWCNT膜放到浓度为0.01-1.0M的NaCl溶液中，用超声清洗仪在功率为10-20kHZ的条件下进行15-60min的超声处理；4)然后将以上化学方法再生后的MWCNT复合膜进行第二次微污染物的过滤，发现通过再生条件为功率为20kHZ，超声时间为30min超声处理后的MWCNT膜与原始膜的过滤效率最为接近；5)再生前后的MWCNT的表面形貌和表面的化学性质对比分析，发现MWCNT再生前后的物理和化学性质稳定。为了进一步探究氯化钠清洗液的浓度对MWCNT复合膜的再生效果，不同浓度的氯化钠溶液包括0.01M，0.1M和1.0M的均用于MWCNT复合膜的再生。如图2所示，0.1M的氯化钠溶液清洗后的碳纳米复合膜的吸附能力最大，其次是1.0M的氯化钠溶液，0.01M的氯化钠溶液清洗后的碳纳米复合膜的吸解吸能力是最小的。因此，本研究的化学再生法是以0.1M的氯化钠为清洗液进行的。化学法再生碳纳米复合膜虽然取得了一定的效果，但是化学法和超声法结合的清洗方法进一步提高了碳纳米复合膜的再生效果。由于超声解吸过程中，固定一个超声功率，以超声时间作为变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.组合工艺再生用于水中微污染物去除的碳纳米复合膜的方法，其特征在于，结合了清洁无污染的物理方法和化学方法，实现了碳纳米复合膜的再生：/n物理方法：超声破碎仪处理功率：10-20kHZ，超声时间15-60min/n化学方法：0.01-1.0M NaCl再生清洗液。/n

【技术特征摘要】
1.组合工艺再生用于水中微污染物去除的碳纳米复合膜的方法，其特征在于，结合了清洁无污染的物理方法和化学方法，实现了碳纳米复合膜的再生：
物理方法：超声破碎仪处理功率：10-20kHZ，超声时间15-60min
化学方法：0.01-1.0MNaCl再生清洗液。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，再生条件如下：
物理方法：用超声破碎仪超声：20kHZ，超声时间30min
化学方法：0.1MNaCl再生清洗液。


3.根据权利要求1或2中所述的方法，其特征在于方法如下：

【专利技术属性】
技术研发人员：王艺霏，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11