本發(fā)明屬于水污染治理，尤其涉及一種催化功能化卷式微濾膜元件及制備方法、應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、膜分離技術(shù)因其高選擇性、易操作性以及無相變等特點(diǎn)而備受關(guān)注，通過篩選不同孔徑大小以及表面電荷性質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)多種有機(jī)物以及無機(jī)重金屬離子的截留，在水污染治理以及高值產(chǎn)物分離等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。然而，膜分離技術(shù)無法徹底處理截留的有毒有機(jī)物或者重金屬離子，往往需要和其他降解技術(shù)耦合實(shí)現(xiàn)污染物的徹底降解，這一過程提升了工序的復(fù)雜性，并且需要額外的能耗與碳排。

2、含氯有機(jī)物作為工業(yè)廢水中常見的有毒污染物，由于其較小的分子尺寸，往往需要致密的膜材料(納濾膜或反滲透膜)實(shí)現(xiàn)有效截留，導(dǎo)致該處理過程需要更大的操作壓力來克服致密結(jié)構(gòu)帶來的傳質(zhì)阻力(0.5～7mpa)；同時(shí)，截留后的污染物如果不進(jìn)行后續(xù)降解，容易造成二次污染。相對(duì)的，孔徑較大的微濾膜傳質(zhì)阻力小，在懸浮物以及細(xì)菌截留上展現(xiàn)較好的篩分效果，然而無法有效截留小分子有機(jī)物與離子。因此，目前將膜分離與其他降解技術(shù)耦合聯(lián)用引得廣泛關(guān)注，特別是將膜分離與降解技術(shù)一體化結(jié)合的研究。然而，現(xiàn)階段催化膜主要通過催化高級(jí)氧化降解，產(chǎn)生單線態(tài)氧的原理來實(shí)現(xiàn)有機(jī)物降解，如中國專利(cn116283359a、cn115999546a、cn115608403a、cn117643806)公開的催化膜活化過硫酸鹽的廢水處理方法，該方法會(huì)使鹵代烴會(huì)氧化降解為小分子鹵代烴，增加暴露風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，該類氧化技術(shù)大多涉及高溫煅燒改性(250℃～700℃)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種催化功能化卷式微濾膜元件，旨在解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種催化功能化卷式微濾膜元件，所述膜元件內(nèi)部生長有零價(jià)鎳催化粒子，所述零價(jià)鎳催化粒子的尺寸為10～200nm。

3、本發(fā)明實(shí)施例的另一目的在于提供一種催化功能化卷式微濾膜元件的制備方法，包括以下步驟：

4、沖洗卷式微濾膜元件，通入空氣吹干內(nèi)部多余水分；

5、將含陽離子交換功能官能團(tuán)的單體、引發(fā)劑、交聯(lián)劑、ph調(diào)節(jié)劑和水混合，將混合溶液低壓流動(dòng)注入卷式微濾膜元件，透出液收集回用；

6、對(duì)混合溶液潤濕的卷式微濾膜元件進(jìn)行加熱，完成熱致自由基聚合反應(yīng)；

7、將含鎳離子的溶液以及含還原劑的溶液按順序通入聚合后的卷式微濾膜元件，完成卷式微濾膜元件的催化功能化。

8、優(yōu)選地，所述卷式微濾膜元件的膜材料為聚砜。

9、優(yōu)選地，所述含陽離子交換功能官能團(tuán)的單體為3-戊烯酸、5-己烯酸、乙烯基乙酸、烯丙基乙酸中的一種或多種；

10、所述引發(fā)劑為過硫酸鈉、過硫酸銨中的一種或多種；

11、所述交聯(lián)劑為1，3-二甲基二異氰酸胍、n-甲基-n'-氧代基-4-溴苯胺中的一種或多種；

12、所述ph調(diào)節(jié)劑為氫氧化鈉、氫氧化鉀中的一種或多種。

13、優(yōu)選地，所述含陽離子交換功能官能團(tuán)的單體、引發(fā)劑、交聯(lián)劑和水的質(zhì)量比為1～2：0.02～0.1：0.01～0.05：10。

14、優(yōu)選地，所述含陽離子交換功能官能團(tuán)的單體、引發(fā)劑以及交聯(lián)劑的質(zhì)量比為1：0.02～0.05：0.01～0.025。

15、優(yōu)選地，所述混合溶液的ph值為8～10，所述混合溶液低壓流動(dòng)注入卷式微濾膜元件時(shí)的壓力為0.05～0.2mpa。

16、優(yōu)選地，所述熱致自由基聚合反應(yīng)的溫度為40～50℃，時(shí)間為2～8h。

17、優(yōu)選地，所述含鎳離子的溶液為氯化鎳、硝酸鎳、硫酸鎳、碳酸鎳中的一種或多種，濃度為0.5～2g/l；

18、所述含還原劑的溶液為茶多酚，所述含鎳離子的溶液與含還原劑的溶液之間濃度比為1：1.5～3.5，通入壓力皆為0.25～0.4mpa。

19、本發(fā)明實(shí)施例的又一目的在于提供一種催化功能化卷式微濾膜元件在催化轉(zhuǎn)化含氯有機(jī)物中的應(yīng)用。

20、本發(fā)明實(shí)施例提供的一種催化功能化卷式微濾膜元件，通過向卷式微濾膜元件中注入包括含陽離子交換功能官能團(tuán)的單體、引發(fā)劑、交聯(lián)劑、ph調(diào)節(jié)劑等的混合溶液，進(jìn)行熱引發(fā)自由基聚合，可以在膜元件膜孔內(nèi)接枝含有陽離子交換功能的官能團(tuán)，進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)后續(xù)鎳離子的捕獲；再將含鎳離子以及還原劑的溶液相繼通入膜元件，完成鎳離子向零價(jià)鎳催化粒子的轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)零價(jià)鎳催化粒子在膜元件內(nèi)部的生長；

21、本發(fā)明實(shí)施例突破傳統(tǒng)先制膜后組裝成膜元件的復(fù)雜流程，可以在不拆卸膜元件前提下，直接將待聚合反應(yīng)的混合溶液、鎳離子溶液以及含還原劑溶液通入膜元件，從而在溫和條件下完成含有陽離子交換功能的官能團(tuán)的接枝、鎳離子的交換，以及零價(jià)鎳催化粒子的生長，方法操作簡單，成本低，環(huán)境污染小，適宜工業(yè)化生產(chǎn)；

22、制備得到的催化功能化的膜組件具有將含氯有機(jī)物還原轉(zhuǎn)化的能力，可以在短短4秒的停留時(shí)間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)氯苯98％的轉(zhuǎn)化率。

技術(shù)特征：

1.一種催化功能化卷式微濾膜元件，其特征在于，所述膜元件內(nèi)部生長有零價(jià)鎳催化粒子，所述零價(jià)鎳催化粒子的尺寸為10～200nm。

2.一種如權(quán)利要求1所述的催化功能化卷式微濾膜元件的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述卷式微濾膜元件的膜材料為聚砜。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述含陽離子交換功能官能團(tuán)的單體為3-戊烯酸、5-己烯酸、乙烯基乙酸、烯丙基乙酸中的一種或多種；

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述含陽離子交換功能官能團(tuán)的單體、引發(fā)劑、交聯(lián)劑和水的質(zhì)量比為1～2：0.02～0.1：0.01～0.05：10。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述混合溶液的ph值為8～10，所述混合溶液低壓流動(dòng)注入卷式微濾膜元件時(shí)的壓力為0.05～0.2mpa。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述熱致自由基聚合反應(yīng)的溫度為40～50℃，時(shí)間為2～8h。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述含鎳離子的溶液為氯化鎳、硝酸鎳、硫酸鎳、碳酸鎳中的一種或多種，濃度為0.5～2g/l；

9.一種如權(quán)利要求1所述的催化功能化卷式微濾膜元件在催化轉(zhuǎn)化含氯有機(jī)物中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明適用于水污染治理技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種催化功能化卷式微濾膜元件，所述膜元件內(nèi)部生長有零價(jià)鎳催化粒子，所述零價(jià)鎳催化粒子的尺寸為10～200nm。本發(fā)明還提供一種催化功能化卷式微濾膜元件的制備方法以及該膜元件在催化轉(zhuǎn)化含氯有機(jī)物中的應(yīng)用。本發(fā)明可以在不拆卸膜元件前提下，直接將待聚合反應(yīng)的混合溶液、鎳離子溶液以及含還原劑溶液通入膜元件，從而在溫和條件下完成含有陽離子交換功能的官能團(tuán)的接枝、鎳離子的交換，以及零價(jià)鎳催化粒子的生長，方法操作簡單，成本低，環(huán)境污染小，適宜工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：萬弘毅,朱迅
受保護(hù)的技術(shù)使用者：湖南理工學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10