[发明专利]一种具有双重过硫酸盐活化功能的中空纤维陶瓷膜的制备方法及应用

说明书

本发明提供一种具有双重过硫酸盐活化功能的中空纤维陶瓷膜的制备方法，包括下述步骤：以Al₂O₃、TiO₂和CuO粉末为陶瓷原料，采用溶液纺丝法获得中空纤维陶瓷支撑层前驱体，烧结后获得中空纤维陶瓷支撑层，然后采用浸渍提拉法将活性催化物质原料附着于中空纤维陶瓷支撑层表面，煅烧后形成具有过硫酸盐活化功能的表面活性催化层并负载于中空纤维陶瓷支撑层之上，即获得目标产品。本发明的中空纤维陶瓷膜具有良好的有机污染物降解能力、抗污染能力和较高的抗弯强度。

技术领域

本发明属于饮用水净化和污废水处理领域，具体涉及一种具有双重过硫酸盐活化功能的中空纤维陶瓷膜的制备方法及应用。

背景技术

膜分离是一种物理过滤过程，不发生相变，且可在常温下进行，具有能耗低、分离效率高、工艺流程短、操作方便、无二次污染等优点，在饮用水净化和污废水处理与资源化领域具有广泛的应用。近年来，随着无机陶瓷膜制备技术的日趋成熟、低成本陶瓷膜材料的快速发展，陶瓷膜在饮用水及污废水处理中的应用受到了越来越广泛的关注，与有机高分子膜相比，陶瓷膜具有耐高温、耐腐蚀、机械稳定性高、易清洗、膜孔不易变形等优点。在不同形式的陶瓷膜中，中空纤维陶瓷膜具有装填密度大、有效膜面积大、分离效率高等优势，在水处理领域中表现出广阔的应用前景。

但是，中空纤维陶瓷膜在实际工程应用中也存在其自身的问题：第一，对水中溶解性有毒有机污染物去除能力差，中空纤维陶瓷膜在水处理领域一般作为超滤或者微滤使用，其孔径在数nm～数百nm之间，而大部分溶解性有毒有机物的分子量仅有数百道尔顿，中空纤维陶瓷膜难以通过筛滤截留作用将其有效去除，仍需与其他工艺如氧化、吸附等进行联用才能保证水处理效果；第二，中空纤维陶瓷膜在实际应用中存在膜污染问题，如中空纤维陶瓷膜在地表水处理中会受到天然有机物的污染，尤其是在长期运行时仍会产生不可逆膜污染；第三，中空纤维陶瓷膜本身具有脆性，在组件封装过程中或其他外部压力作用下容易断裂，目前，由于Al₂O₃具有优良的化学稳定性、热稳定性和易获得性，绝大多数中空纤维陶瓷膜采用Al₂O₃粉末作为主要材料，采用相转化和烧结相结合的技术制备而成，但由于Al₂O₃具有较强的Al-O离子键，需要较高的烧结温度(一般在1500℃以上)才能使得中空纤维膜达到可使用的抗弯强度，从而导致制备成本较高。以上三方面的问题是制约中空纤维陶瓷膜在水处理领域规模化推广应用的主要原因。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有双重过硫酸盐活化功能的中空纤维陶瓷膜，具有良好的有机污染物降解能力、抗污染能力和较高的抗弯强度。

本发明具有双重过硫酸盐活化功能的中空纤维陶瓷膜的制备方法，包括下述步骤：以Al₂O₃、TiO₂和CuO粉末为陶瓷原料，采用溶液纺丝法获得中空纤维陶瓷支撑层前驱体，烧结后获得中空纤维陶瓷支撑层，然后采用浸渍提拉法将活性催化物质原料附着于中空纤维陶瓷支撑层表面，煅烧后形成具有过硫酸盐活化功能的表面活性催化层并负载于中空纤维陶瓷支撑层之上，即获得目标产品。

本发明将中空纤维催化陶瓷膜分为中空纤维陶瓷支撑层和表面活性催化层两个部分分别制备。在制备中空纤维陶瓷支撑层时，将具有过硫酸盐活化功能的CuO按一定比例掺加到纺丝液当中，可赋予中空纤维陶瓷支撑层过硫酸盐活化功能，在水流穿越支撑层时起到活化过硫酸盐的效果，实现对水中微量有毒有机污染物的去除。然后，在制备中空纤维陶瓷支撑层时进行过硫酸盐活化剂CuO的掺杂外，进一步采用浸渍提拉的方法在中空纤维陶瓷支撑层表面负载一层具有过硫酸盐活化功能的表面活性催化层，从而获得陶瓷膜表面和支撑层内部的双重活化过硫酸盐的效果，有助于提高对水中溶解性有毒有机污染物的去除。

其中，所述陶瓷原料中，Al₂O₃、TiO₂和CuO占混合粉末的质量分数分别为：91～97％，2％～4％，1％～5％。