一種多壁碳納米管修飾超濾膜的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種修飾超濾膜的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)，水環(huán)境污染與水資源短缺已成為世界范圍突出的難題，嚴(yán)重制約著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。飲用水是人類生存的基本需求，也是傳播疾病的重要媒介。隨著人民生活水平的不斷提高，人們對(duì)飲用水質(zhì)量的要求也越來越高。關(guān)注水質(zhì)，關(guān)注飲水與健康是適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展需要。
[0003]在我國(guó)，隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市化進(jìn)展迅速，生活污水的排放量急劇增加，然而在我國(guó)的600多座城市中，有近一半的城市沒有污水處理能力，大量的生活污水被直接排入水體，含有人畜排泄物的生活污水?dāng)y帶大量的病原微生物進(jìn)入水源，直接威脅飲用水的安全，威脅人們的身體健康。當(dāng)前飲用水中的病原微生物污染，仍是我國(guó)最大的危害人們健康的問題之一。
[0004]抗生素的大量使用甚至是濫用所導(dǎo)致的環(huán)境污染問題日趨嚴(yán)重，通過抗生素的選擇性壓力，誘導(dǎo)動(dòng)物體內(nèi)微生物或進(jìn)入環(huán)境后誘導(dǎo)環(huán)境微生物所產(chǎn)生的抗生素抗性基因(ARGs)污染，嚴(yán)重威脅生態(tài)環(huán)境安全和人類健康。ARGs可通過質(zhì)粒、整合子、基因盒、轉(zhuǎn)座子等可移動(dòng)的基因元件在同種或不同種菌群中進(jìn)行水平基因轉(zhuǎn)移，在環(huán)境中具有持久性和可復(fù)制性，被認(rèn)為是一種新型環(huán)境污染物。世界衛(wèi)生組織(WHO)將ARGs作為21世紀(jì)威脅人類健康的最重大挑戰(zhàn)之一，并宣布將在全球范圍進(jìn)行戰(zhàn)略部署控制ARGs的傳播和擴(kuò)散。我國(guó)是抗生素生產(chǎn)和使用大國(guó)，在我國(guó)的不同水體和水環(huán)境中普遍檢測(cè)到高濃度的ARGs。而抗生素屬于小分子物質(zhì)，一般的過濾根本無法除掉。
[0005]所以尋找能有效處理水源、凈化水源的高科技處理技術(shù)是亟需解決的關(guān)鍵問題。其中，碳納米管由于具有特殊的結(jié)構(gòu)特征及其良好的機(jī)械性、熱穩(wěn)定性、吸附性和抗菌性等，在各領(lǐng)域受到了廣泛的應(yīng)用。水處理領(lǐng)域中，碳納米管可作為吸附劑、催化劑以及碳納米管過濾器等使用。近年來，利用碳納米管對(duì)分離膜進(jìn)行改性以提高膜的親水性、滅菌性以及抗污染能力的研究報(bào)告逐漸增多。采用多壁碳納米管對(duì)超濾膜進(jìn)行修飾是一種簡(jiǎn)單、快捷、方便的膜表面改性方法，有助于改善有機(jī)超濾膜的表面抗污染性能，提高有機(jī)超濾膜的耐氧化性，并降低碳納米管在環(huán)境中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。此外，采用多壁碳納米管對(duì)超濾膜進(jìn)行改性，碳納米管自身具有的局部抗菌性、吸附性、催化性等優(yōu)點(diǎn)不會(huì)受到破壞。
[0006]但是目前的多壁碳納米管修飾的超濾膜對(duì)于ARGs的去除率仍然較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明是為了解決目前多壁碳納米管修飾的超濾膜對(duì)于ARGs的去除率仍然較低的技術(shù)問題，而提供一種多壁碳納米管修飾超濾膜的方法。
[0008]本發(fā)明的一種多壁碳納米管修飾超濾膜的方法是按以下步驟進(jìn)行的:
[0009]一、稱取原料:按照重量份數(shù)稱取12份?27份膜基材、0.1份?4份多壁碳納米管、0.02份?1.1份膜添加劑、0.5份?2份阻隔層成分、0.08份?I份防污層成分、5份?20份分散劑、72份?90份溶劑、0.05份?0.3份表面活性劑和2份?10份致孔劑；所述的膜添加劑為六甲基二硅氧烷；所述的膜基材為氮化硅、聚亞苯基氧化物、聚苯并惡唑、聚酰肼、聚甲亞胺、聚對(duì)苯二甲酸乙酯、聚喹喔啉和聚縮醛中的一種或幾種的混合物；所述的致孔劑為L(zhǎng)iCl或PEG ;所述的表面活性劑為脫水山梨醇單月桂酸酯、甘油單硬脂酸酯或聚氧乙烯十六烷基醚；所述的阻隔層成分是將等摩爾比的均苯三甲酰氯和間苯二胺混合攪拌Ih?2h制備得到的；所述的防污層成分是由多巴胺與防污聚合物混合而成的，多巴胺與防污聚合物的質(zhì)量比為1: (3?7)，防污聚合物為三氟氯乙烯共聚物；
[0010]二、制備官能化的多壁碳納米管:將步驟一稱取的0.1份?4份多壁碳納米管和0.02份?1.1份的膜添加劑加入到步驟一稱取的5份?20份分散劑中攪拌0.5h?lh，然后在溫度為_40°C?_20°C的條件下真空冷凍干燥12h?24h，得到官能化的多壁碳納米管；
[0011]三、制備超濾膜:將步驟一稱取的12份?27份膜基材、72份?90份溶劑、2份?10份致孔劑、0.05份?0.3份表面活性劑和步驟二得到的所有的官能化的多壁碳納米管均勻混合，磁力攪拌12h，然后用靜電紡絲技術(shù)制備超濾膜；所述的用靜電紡絲技術(shù)制備超濾膜的條件為:電場(chǎng)電位為15千伏?40千伏，集電極與噴絲頭之間的距離為8cm?16cm，溶液流速為20微升/分鐘?45微升/分鐘，然后在去離子水中浸泡24h，得到超濾膜；
[0012]四、沉積聚酰胺阻隔層:將步驟三得到的超濾膜以和步驟一稱取的0.5份?2份阻隔層成分的液面成50°?90°的角度浸入到阻隔層成分中，然后浸泡Imin?2min，再勻速豎直取出，得到沉積聚酰胺阻隔層的超濾膜；
[0013]五、涂覆防污層:將步驟一稱取的0.08份?I份防污層成分涂覆到步驟四得到的沉積聚酰胺阻隔層的超濾膜表面，得到多壁碳納米管修飾的超濾膜。
[0014]在本發(fā)明中，多巴胺與防污聚合物共用能夠極大提高膜的抗污染性能，降低超濾膜結(jié)垢；膜添加劑能夠使多壁碳納米管的孔隙體積以及形態(tài)得到改善；加入分散劑并進(jìn)行真空冷凍濃縮，可以增強(qiáng)碳納米管的機(jī)械性能；加入表面活性劑可以改善膜表面性質(zhì)；加入致孔劑可以增加膜通量。
[0015]本發(fā)明的有益效果:
[0016]第一、本發(fā)明運(yùn)用多壁碳納米管對(duì)超濾膜進(jìn)行修飾，可以提高超濾膜表面活性，再加上阻隔層和防污層，可制得高通量的超濾膜，提高膜的抗污染性能，降低超濾膜結(jié)垢，延長(zhǎng)超濾膜壽命；
[0017]第二、本發(fā)明制備的多壁碳納米管修飾的超濾膜對(duì)水進(jìn)行超濾后，可以除去大部分的大分子物質(zhì)，只剩下極少的小分子物質(zhì)，再使用反滲透法，即可輕松除掉水中的抗生素類小分子物質(zhì)。
[0018]第三、應(yīng)用本發(fā)明方法進(jìn)行飲用水的處理，不僅處理工藝簡(jiǎn)單，處理效果好，而且成本低，適合推廣實(shí)施。
【具體實(shí)施方式】
[0019]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式為一種多壁碳納米管修飾超濾膜的方法，具體是按以下步驟進(jìn)行的:
[0020]一、稱取原料:按照重量份數(shù)稱取12份?27份膜基材、0.1份?4份多壁碳納米管、0.02份?1.1份膜添加劑、0.5份?2份阻隔層成分、0.08份?I份防污層成分、5份?20份分散劑、72份?90份溶劑、0.05份?0.3份表面活性劑和2份?10份致孔劑；所述的膜添加劑為六甲基二硅氧烷；所述的膜基材為氮化硅、聚亞苯基氧化物、聚苯并惡唑、聚酰肼、聚甲亞胺、聚對(duì)苯二甲酸乙酯、聚喹喔啉和聚縮醛中的一種或幾種的混合物；所述的致孔劑為L(zhǎng)iCl或PEG ;所述的表面活性劑為脫水山梨醇單月桂酸酯、甘油單硬脂酸酯或聚氧乙烯十六烷基醚；所述的阻隔層成分是將等摩爾比的均苯三甲酰氯和間苯二胺混合攪拌Ih?2h制備得到的；所述的防污層成分是由多巴胺與防污聚合物混合而成的，多巴胺與防污聚合物的質(zhì)量比為1: (3?7)，防污聚合物為三氟氯乙烯共聚物；
[0021]二、制備官能化的多壁碳納米管:將步驟一稱取的0.1份?4份多壁碳納米管和0.02份?1.1份的膜添加劑加入到步驟一稱取的5份?20份分散劑中攪拌0.5h?lh，然后在溫度為_40°C?_20°C的條件下真空冷凍干燥12h?24h，得到官能化的多壁碳納米管；
[0022]三、制備超濾膜:將步驟一稱取的12份?27份膜基材、72份?90份溶劑、2份?10份致孔劑、0.05份?0.3份表面活性劑和步驟二得到的所有的官能化的多壁碳納米管均勻混合，磁力攪拌12h，然后用靜電紡絲技術(shù)制備超濾膜；所述的用靜電紡絲技術(shù)制備超濾膜的條件為:電場(chǎng)電位為15千伏?40千伏，集電極與噴絲頭之間的距離為8cm?16cm，溶液流速為20微升/分鐘?45微升/分鐘，然后在去離子水中浸泡24h，得到超濾膜；
[0023]四、沉積聚酰胺阻隔層:將步驟三得到的超濾膜以和步驟一稱取的0.5份?2份阻隔層成分的液面成50°?90°的角度浸入到阻隔層成分中，然后浸泡Imin?2min，再勻速豎直取出，得到沉積聚酰胺阻隔層的超