一种用于污水处理的高效集成净水设备石墨烯复合过滤材料制备方法技术

本发明专利技术属于污水处理领域，尤其涉及一种用于污水处理的高效集成净水设备石墨烯复合过滤材料制备方法，将石墨烯经强酸氧化后得到氧化石墨烯。在助剂的作用下，通过化学键将氧化石墨烯与聚合物材料交联，再经熔体纺丝制成纤维丝。通过纤维丝构筑、组合和叠加方法，制备出不同配比、不同空隙率、不同过滤层厚度的石墨烯复合过滤材料。将过滤材料固定安装在过滤罐中，建造出高效集成净水设备。该设备用于生活污水和工业废水处理，浊度和悬浮物降低93％以上，CODCr、BOD5、氨氮降低26％左右，过滤速度是砂滤过滤速度的六倍，出水水质优于微滤膜。应用结果显示石墨烯复合过滤材料高效集成净水设备具有出水水质好、占地面积小、投资费用省及运行成本低并兼具绿色、安全等突出优势，具有广阔的市场应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种用于污水处理的高效集成净水设备石墨烯复合过滤材料制备方法
本专利技术属于污水深度处理
，尤其涉及一种用于污水处理的高效集成净水设备石墨烯复合过滤材料制备方法。
技术介绍
随着城市人口的增长和工农业生产的发展，污水排放量日益增加，国家环境保护监督部门对污水排放的标准也日趋严格。目前，污水深度处理往往需要超、微滤膜技术，而对于中水回用和“零排放”的处理，需对膜系统进行保护，减轻膜材料的污堵，常在纳滤、反渗透前端设置砂滤+碳滤+超滤预处理单元，该工艺流程长，砂滤、碳滤易板结难清洗，超滤膜易污堵，直接导致后续纳滤、反渗透处理单元无法正常运行等一系列现实问题。石墨烯作为“新材料之王”，是导电、导热性能最好，强度最高，最薄的材料，比表面积大、化学稳定性好、可修饰性强，在节能环保、航空航天、移动设备、新能源电池、纺织服装等领域具有广阔的应用前景。在污水分离方面同样具有独特优势，可同时起到过滤和吸附的作用。通过对聚合物材料进行石墨烯改性，使过滤材料具有更好的亲水性和选择性，提高过滤材料的通量和分离效果。采用石墨烯复合过滤材料制备的高效集成净水设备，与传统的砂滤、碳滤设备相比，具有以下突出优势：(1)石墨烯复合过滤材料具有较强的机械稳定性，滤速高，过滤阻力小。(2)石墨烯复合过滤材料比表面积大，并且含有大量含氧基团，具有强大的吸附能力。(3)石墨烯复合过滤材料可作为催化剂载体，促进污染物的降解，具有绿色、节能、安全、彻底分解污染物等特点。(4)石墨烯复合过滤材料可有效的滤除细菌等微生物。
技术实现思路
专利技术要解决的技术问题本专利技术的目的是提供一种出水水质优于微滤、污染物去除更绿色、安全、节能的高效集成净水设备石墨烯复合过滤材料的制备方法，该方法的制备采用石墨烯复合过滤材料，通过对复合过滤材料配比、空隙率及过滤层厚度等参数的调控，建造出石墨烯复合过滤材料高效集成净水设备，可应用于生活污水和工业废水的深度处理。用于解决技术问题的方法针对上述问题，本专利技术提出了一种用于污水处理的高效集成净水设备石墨烯复合过滤材料制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将石墨烯经强酸氧化后得到氧化石墨烯；(2)在助剂的作用下，通过化学键将氧化石墨烯与聚合物材料交联，再经熔体纺丝制成纤维丝；(3)通过纤维丝构筑、组合和叠加方法，制备出不同配比、不同空隙率、不同过滤层厚度的石墨烯复合过滤材料。一种实施方式为，所述的氧化石墨烯，是指采用Hummers法将石墨烯氧化成氧化石墨烯。一种实施方式为，所述的助剂，是指脂肪酸甘油酯、邻苯二甲酸二丁酯、聚丙烯酸酯中任意一种或任意比例的组合。一种实施方式为，所述的聚合物材料，是指聚醚酮、聚酯、脂肪族聚酰胺、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯中的任意一种或任意比例的组合。一种实施方式为，所述的纤维丝，是指将石墨烯复合过滤材料制成直径为6～60um的纤维丝。一种实施方式为，所述的不同配比，是指聚合物材料与氧化石墨烯的配比为96:4～99.5:0.5。一种实施方式为，所述的不同空隙率，是指制备的复合过滤材料空隙率不同，其空隙率范围为42％～78％。一种实施方式为，所述的不同过滤层厚度，是指制备的复合过滤材料过滤层厚度不同，其过滤层厚度范围为500～1600mm。本专利技术的有益效果通过此方法制备的石墨烯复合过滤材料高效集成净水设备，具有如下主要技术优势：(1)出水水质好出水水质优于微滤膜出水水质。(2)占地面积小过滤速度高(可达30～45m/h)，为常规石英砂过滤的4～6倍，相同处理水量过滤面积仅为石英砂过滤的1/5。(3)投资费用省石墨烯复合过滤材料使用寿命更长，前期投资约为微滤的2/3。(4)运行成本低与微滤膜相比，操作简单，运维费用低。更换过滤材料费用约为微滤膜换膜费用的3/5。此外，石墨烯复合过滤材料高效集成净水设备可进行模块化设计，设备可自由组合，满足不同规模污水处理厂需求，易于实现在线监测和自动化控制，有力改善污水处理厂的工作环境和技术水平。从以下示例性实施方案的描述中，本专利技术的进一步特征将变得显而易见。具体实施方式以下对本公开的一个实施方式具体地说明，但本公开并非限定于此。一种用于污水处理的高效集成净水设备石墨烯复合过滤材料制备方法，包括如下步骤：步骤1将石墨烯经强酸氧化后得到氧化石墨烯。步骤2在助剂的作用下，通过化学键将氧化石墨烯与聚合物材料交联，再经熔体纺丝制成纤维丝。步骤3通过纤维丝构筑、组合和叠加方法，制备出不同配比、不同空隙率、不同过滤层厚度的石墨烯复合过滤材料。步骤4将过滤材料固定安装在过滤罐中，建造出石墨烯复合过滤材料高效集成净水设备。步骤1中，氧化石墨烯，是指采用Hummers法将石墨烯氧化成氧化石墨烯。步骤2中，所述的助剂，是指脂肪酸甘油酯、邻苯二甲酸二丁酯、聚丙烯酸酯中任意一种或任意比例的组合。步骤2中，所述的聚合物材料，是指聚醚酮、聚酯、脂肪族聚酰胺、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯中的任意一种或任意比例的组合。步骤2中，所述的纤维丝，是指将石墨烯复合过滤材料制成直径为6～60um的纤维丝。步骤3中，所述的不同配比，是指聚合物材料与石墨烯的配比为96:4～99.5:0.5。步骤3中，所述的不同空隙率，是指制备的复合过滤材料空隙率不同，其空隙率范围为42％～78％。步骤3中，所述的不同过滤层厚度，是指制备的复合过滤材料过滤层厚度不同，其过滤层厚度范围为500～1600mm。实施例通过实施例更详细地描述本专利技术，但本专利技术不限于下述实施例。实施例1：通过Hummers法制得氧化石墨烯,使其表面上携带大量的含氧官能团，将氧化石墨烯逐步与硅烷偶联剂、异佛尔酮二异氰酸酯、甲基丙烯酸羟丙酯进行反应,通过化学键连接使氧化石墨烯改性，再在脂肪酸甘油酯的催化作用下，通过自由基聚合反应与聚醚酮、聚酯、脂肪族聚酰胺交联，最后经熔体纺丝制成直径为6～60um纤维丝。通过纤维丝构筑、组合和叠加方法，制备出聚合物与石墨烯的配比为99:1、空隙率为65％、过滤层厚度为1100mm的石墨烯复合过滤材料。将过滤材料固定安装在直径为1600mm过滤罐中，建造出石墨烯复合过滤材料高效集成净水设备。将该设备用于生活污水(浊度：40.5NTU；悬浮物：81.3mg/L；CODCr：75.1mg/L；BOD5：27.3mg/L；氨氮：18.6mg/L；)处理，在室温和0.15MPa操作压力下，处理结果如表1所示：表1、不同石墨烯复合过滤材料的高效集成净水设备处理结果表聚合物材料聚醚酮聚酯脂肪族聚酰胺过滤速度(m/h)39.839.2...

【技术保护点】
1.一种用于污水处理的高效集成净水设备石墨烯复合过滤材料制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)将石墨烯经强酸氧化后得到氧化石墨烯；/n(2)在助剂的作用下，通过化学键将氧化石墨烯与聚合物材料交联，再经熔体纺丝制成纤维丝；/n(3)通过纤维丝构筑、组合和叠加方法，制备出不同配比、不同空隙率、不同过滤层厚度的石墨烯复合过滤材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于污水处理的高效集成净水设备石墨烯复合过滤材料制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将石墨烯经强酸氧化后得到氧化石墨烯；
(2)在助剂的作用下，通过化学键将氧化石墨烯与聚合物材料交联，再经熔体纺丝制成纤维丝；
(3)通过纤维丝构筑、组合和叠加方法，制备出不同配比、不同空隙率、不同过滤层厚度的石墨烯复合过滤材料。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述的氧化石墨烯，是指采用Hummers法将石墨烯氧化成氧化石墨烯。


3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述的助剂，是指脂肪酸甘油酯、邻苯二甲酸二丁酯、聚丙烯酸酯中任意一种或任意比例的组合。


4.根据权利要求1所述的方法，其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李继定，易汉平，李洋，吴珍，董布和，孙丽娅，
申请(专利权)人：柳州紫荆技术转移中心有限公司，
类型：发明
国别省市：广西;45