一种改性复合膜及其制备方法

本发明涉及污水处理，尤其是涉及一种改性复合膜及其制备方法。

背景技术：

1、水是人类赖以生存和发展的珍贵资源，二十一世纪也被称为“水的世纪”。据统计，陆地现存的淡水资源量约占地球总水量的2.53 %，而人类可利用淡水资源只占总水量的0.26 %。与此同时，社会的高速发展，使水体污染日益严重。因此，水资源短缺的严重性和重要性已然引起社会各界的关注，而提高水资源的循环利用率可以缓解这一问题。研究表明与传统的水处理技术相比，膜工艺在提高水质和分离选择性、低投资和运行成本、低能耗、工艺的可持续性等方面显示出巨大的潜力。但是，膜分离技术从本质上并没有实现将污染物分解至无害化，只是将污染物从一相转移至另一相。微滤或者纳滤主要是利用膜孔的筛分作用实现对污染物的分离，因此它们具有对小分子有机污染物的截留能力不足。此外，膜污染现象成为膜分离技术的最大缺陷，造成膜对水处理效果和处理能耗随时间衰减显著，从而制约了膜分离技术的进一步发展。

2、膜改性的方法主要为共混改性和表面涂覆，共混改性将膜制备和改性一体化，操作较为简便，但同时容易造成改性剂团聚引起膜污染，以及降低膜本身的特性（机械强度、化学稳定性）等问题；而表面涂覆在膜改性的同时不会影响膜本身的性能，又能赋予膜改性剂的特性。静电层层自组装技术作为一种表面改性的方法，是将带正负电荷的粒子利用静电力吸引到膜表面，操作简单，可实现对膜结构和功能的调控。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种改性复合膜及其制备方法，以解决现有技术中存在的膜污染严重的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种改性复合膜，包括分离膜、功能层；

3、所述功能层为依次交替的tio2层、fe(oh)3层；

4、所述tio2层与fe(oh)3层以静电层层自组装方式交替固定在所述分离膜表面。

5、进一步地，所述分离膜选自有机膜、无机膜；

6、所述分离膜的组件结构选自柱式、平板式、板框式。

7、另一方面本发明还提供了上述改性复合膜的制备方法，制备步骤如下：

8、步骤1，取分离膜完全浸入无水乙醇中20-24h，取出并反复冲洗后，浸泡于去离子水中20-24h,在20-30℃室温下烘干,得到预处理的分离膜；

9、优选地，分离膜在无水乙醇中浸泡时间为24h；在去离子水中浸泡时间为24h；

10、步骤2，取所述预处理的分离膜浸入9-10mol/l的硫酸溶液中磺化1-3h，将分离膜取出后用去离子水冲洗至中性，得到磺化分离膜；

11、步骤3，取所述磺化分离膜浸入tio2水溶胶中，1-20min后取出，用去离子水反复漂洗三次，在20-30℃室温下烘干后得到第一复合膜；

12、步骤4，将所述第一复合膜浸入fe(oh)3水溶胶中，1-20min后取出，用去离子水反复漂洗，烘干得到第二复合膜；

13、步骤5，将所述第二复合膜浸入tio2水溶胶中，1-20min后取出，用去离子水漂洗并在20-30℃ 下烘干2-3h,得到第三复合膜；

14、优选地，烘干时间为2h；

15、步骤6，重复n次步骤3-步骤5，得到ntio2-(n-1)fe(oh)3复合膜。

16、进一步地，步骤6中所述重复次数n为3-10次；

17、优选地，步骤6中所述重复次数n为5-8次；

18、沉积次数n过少,改性膜表面纳米粒子较少，导致光催化活性位点少、亲水性较差；沉积次数n过多则纳米颗粒堆积暴露的活性位点减少，且膜孔径和孔隙率下降，改性膜的整体性能反而会随之下降。

19、进一步地，所述tio2水溶胶的制备步骤如下：

20、步骤t1，取10-100份无水乙醇，加入1.2-12份冰醋酸，搅拌均匀后调节溶液ph值至设定范围，得到第一混合溶液；

21、步骤t2，取10-100份钛酸四丁酯缓慢滴加至所述第一混合溶液中，得到第二混合溶液；

22、步骤t3，向第二混合溶液中加入去离子水并持续高速搅拌，直至溶液变成透明tio2水溶胶；

23、优选地，步骤t3中搅拌速率为500-1500r/min。

24、以上组份均按体积份数计。

25、通过zeta电位分析仪测得制备的tio2水溶胶的电位为20～40 mv。

26、进一步地，步骤t1中所述ph值为1.5-2.5。

27、进一步地，步骤t2中所述滴加速率为20-40滴/min。

28、钛酸四丁酯的滴加速度过快，不利于水溶胶的形成。

29、进一步地，所述fe(oh)3水溶胶的制备步骤如下：

30、步骤f1,向300-400份去离子水中滴入1-2份10%的fecl3溶液，然后边搅拌边滴加2-4份10%的naoh溶液，得到反应混合溶液；

31、步骤f2，调节所述反应混合溶液的ph，持续搅拌，得到fe(oh)3水溶胶；

32、以上组份均按体积份数计。

33、通过zeta电位分析仪测得：所述fe(oh)3水溶胶的电位为-20～-40mv。

34、进一步地，步骤f2中所述反应混合溶液的ph为10-12。

35、进一步地，步骤f2中所述搅拌速度为500-1500r/min，搅拌时间为1-1.5小时，优选为1小时。

36、优选地，搅拌时间为1h。

37、采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

38、本发明提供的一种具有光催化性能和抗污染性能的复合膜及其制备方法，采用市售分离膜，通过静电层层自组装技术将tio2和fe(oh)3两种改性剂交替沉积在分离膜表面，有效提高了膜的分离性、亲水性、抗污染性，同时赋予分离膜具有自清洁性能。另一方面，本发明提供的复合膜的制备方法具有工艺简单、条件温和、催化剂负载量可控等优点，可广泛应用于废水、污水处理领域。

技术特征：

1.一种改性复合膜，其特征在于，所述复合膜包括分离膜、功能层；

2.根据权利要求1所述的改性复合膜，其特征在于，所述分离膜选自有机膜、无机膜；

3.一种权利要求1所述的改性复合膜的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤6中所述重复次数n为3-10次。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述tio2水溶胶的制备步骤如下：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤t1中所述ph值为1.5-2.5。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤t2中所述滴加速率为20-40滴/min。

8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述fe(oh)3水溶胶的制备步骤如下：

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤f2中所述反应混合溶液的ph为10-12。

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤f2中所述搅拌速度为500-1500r/min，搅拌时间为1-1.5h。

技术总结本发明提供了一种改性复合膜及其制备方法，涉及污水处理技术领域。本发明提供的一种改性复合膜，包括分离膜、功能层；所述功能层为依次交替的TiO<subgt;2</subgt;层、Fe(OH)<subgt;3</subgt;层；所述TiO<subgt;2</subgt;层与Fe(OH)<subgt;3</subgt;层以静电层层自组装方式交替固定在所述分离膜表面。本发明有效提高了膜的分离性、亲水性、抗污染性，同时赋予分离膜具有自清洁性能。另一方面，本发明提供的复合膜的制备方法具有工艺简单、条件温和、催化剂负载量可控等优点，可广泛应用于废水、污水处理领域。技术研发人员：骆静,刘建国,张鹏,董彩霞,郭佩玲受保护的技术使用者：内蒙古工业大学技术研发日：技术公布日：2024/7/18