[发明专利]一种纳米生物炭改性PVDF平板膜及其制备方法与应用

说明书

本发明属于废水处理技术中的膜分离技术领域，具体涉及一种纳米生物炭改性PVDF平板膜及其制备方法与应用。将纳米生物炭在膜制备时添加到聚合物铸膜液中对PVDF进行共混改性制备得到纳米生物炭改性PVDF平板膜，改性前的PVDF平板膜成疏松多孔海绵状，且孔径较大。改性后的PVDF平板膜膜孔孔数减少及孔径变小，即改性PVDF平板膜的孔隙率和平均孔数减少了。该纳米生物炭改性PVDF平板膜能截留去除水体中的染料，成本低廉，处理效果好。其对甲基橙溶液截留率达到了99.8％，对于其他的染料也有很好的发展前景。

技术领域

本发明属于废水处理技术中的膜分离技术领域，具体涉及一种纳米生物炭改性PVDF平板膜及其制备方法与应用。

背景技术

膜分离技术被认为是“21世纪最有前途、最有发展前景的重大高新技术之一,它在工业技术改造中起着战略性作用”。膜分离技术对许多传统工业的优化与转型起着很重要的作用。有科学家学者甚至表明“谁掌握了膜技术，谁就掌握了化学工业的未来”。膜分离技术指的是在外界能量或者化学位差的推动下，借助某种特定的膜的渗透作用，实现对两种组分甚至多种组分混合的液体或气体分离、分级、提纯或者浓缩富集的分离技术。膜分离技术是近几十年来才发展起来的新型的分离技术。膜分离技术广泛应用在医疗、制药、生物、电力、饮料与食品加工、石油化工、仿生、除菌、水处理以及海水淡化等诸多领域。

聚偏氟乙烯(PVDF)是一种常用的膜材料，它抗氧化活性强,在室温的条件下不受酸、碱和强氧化剂以及卤素等物质的腐蚀，耐化学性优异,热稳定性强，机械强度大，成膜性能良好等优良性能。由于疏水性强而使其容易受到蛋白质和水处理系统中其他杂质的污染，导致膜通量下降，膜的使用寿命减小，更换成本增加。因此，PVDF改性已成为一个重要的研究方向。

目前PVDF膜改性方法主要有表面改性、化学改性和共混改性。但表面改性的涂覆层易从膜表面脱落、持久性差；化学改性会降低膜强度且过程复杂；共混改性操作简便且反应条件温和，因此与其他方法相比具有一定优势。目前共混改性的纳米无机粒子有纳米二氧化钛(TiO₂)、纳米氧化铝(Al₂O₃)、纳米二氧化硅(SiO₂)等氧化物，但是他们的成本比较高。

生物炭是生物有机材料(生物质)在缺氧或绝氧环境中，经高温热裂解后生成的固态产物。既可作为高品质能源、土壤改良剂，也可作为还原剂、肥料缓释载体及二氧化碳封存剂等，已广泛应用于固碳减排、水源净化、重金属吸附和土壤改良等。生物炭对水中微量有机污染物具有良好的吸附能力，对工业废水的吸附效果好，制备简单，价格低廉。故而广泛应用于各类废水处理。将生物炭在膜制备时添加到聚合物铸膜液中,用于提高亲水性、抗菌特性、渗透性和机械强度。这为PVDF膜改性提供新的思路。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米生物炭改性PVDF平板膜及其制备方法与应用。将纳米生物炭在膜制备时添加到聚合物铸膜液中对PVDF进行共混改性制备得到纳米生物炭改性PVDF平板膜，改性前的PVDF平板膜成疏松多孔海绵状，且孔径较大。改性后的PVDF平板膜膜孔孔数减少及孔径变小，即改性PVDF 平板膜的孔隙率和平均孔数减少了。该纳米生物炭改性PVDF平板膜能截留去除水体中的染料，成本低廉，处理效果好。其对甲基橙溶液截留率达到了99.8％，对于其他的染料也有很好的发展前景。

本发明的技术方案为：

一种纳米生物炭改性PVDF平板膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)向纳米生物炭中加入N，N-二甲基甲酰胺(DMF)，密封后超声使其完全分散，得到纳米活性炭-DMF分散体系；

(2)取聚偏氟乙烯(PVDF)和聚乙二醇(PEG)混合后加入纳米活性炭-DMF 分散体系，在水浴条件下搅拌至溶液呈均匀流动石油状，密封后置于恒温箱中恒温使气泡逸出得到铸膜液；

(3)将铸膜液倾倒在洁净干燥的玻璃板上，使用涂布器进行涂膜；