[发明专利]一种缓解碳纤维纸-聚醚砜复合导电分离膜污染的方法

说明书

本发明公开了一种碳纤维纸‑聚醚砜复合导电分离膜在错流体系中借助辅助电场来抑制膜污染的方法。其步骤如下：进料液从错流过滤模具上方一侧流入，一部分沿水平方向从模具上方另一侧流出作为出水，另一部分沿垂直方向通过碳纤维纸‑聚醚砜复合导电分离膜，然后从模具下方流出作为渗滤液。分离膜置于模具中间，两侧用硅胶垫片与模具隔开，膜的聚醚砜面朝上。膜的碳纤维纸一侧作为阴极，模具下方内嵌的钛片作为阳极，两电极之间由硅胶垫片隔开，通过导线连接直流电源。施加直流电压范围为0‑3V。在电场静电斥力和水流剪切力的共同作用下，能够有效缓解多种不同类型荷电污染物导致的膜污染。

技术领域

本发明涉及一种缓解碳纤维纸-聚醚砜复合导电分离膜污染的方法，具体涉 及一种碳纤维纸-聚醚砜复合薄膜在错流体系中借助辅助电场抑制膜污染的方法 属于水处理技术领域。

背景技术

近几十年来，膜技术在水处理等领域的应用得到了广泛关注。然而，自膜处 理技术诞生以来，膜污染就是一个普遍存在的问题。根据污染物的种类，膜污染 可分为三类：非迁移型膜污染、增殖型膜污染和铺展型膜污染。非迁移型污染是 指由蛋白质、海藻酸钠、腐殖酸等一类的天然有机物质等导致的膜污染，它们会 直接在膜表面吸附、沉积，导致膜孔堵塞；增殖型膜污染，主要是由细菌等微生 物导致的生物污染。增殖型污染物不仅在膜表面形成完整的覆盖层造成膜孔堵 塞，而且细菌分泌的胞外聚合物质(EPS)能够和膜面间形成较强的作用力，且 在EPS保护下形成的生物膜也更耐化学清洗；铺展型膜污染，是指悬浮在水体 中的非极性液滴(以油类物质为主)等导致的膜污染，它们会在膜表面移动、扩 展，甚至渗透到膜孔内部，造成不可逆的膜污染，导致通量暂时或永久下降。因 此，如何有效抑制膜污染是膜分离领域的研究热点与难点。

由于水中大多数污染物荷负电，利用辅助电场强化对污染物的静电斥力是一 种有前景的膜污染缓解方法，这有赖于高效电活性分离膜的开发。在制备导电分 离膜的材料中，具有较大比表面积和优异导电性的碳纳米管是应用比较广泛的材 料之一。但碳纳米管材料在分离膜内部的长期稳定性一直是影响分离膜性能的制 约因素之一。研究表明，碳纳米管在用作导电填充材料时会从膜材料内浸出(除 非共价键结合)，易导致二次污染。此外，受限于复合薄膜制备过程中的扩散效 果，碳纳米管在膜内部的渗透效果通常不理想，从而导致所制备的复合薄膜导电 性能有限。

此外，在过滤方式的选择上，错流过滤能够通过对过膜流体的增压使得膜内 外侧形成压力差，小于膜孔径的物质通过微孔进入渗透侧成为透过组分，而大于 孔径的物质被膜截留。由于流体在膜表面错流流动，被截留颗粒物质通过水流的 剪切作用而被带离膜表面，有效的缓解了多种污染物质在膜表面的吸附和沉积。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：碳纤维纸-聚醚砜复合导电分离膜污染后导 电性能下降的问题。

为了解决上述问题，本发明提供的技术方案如下：

一种缓解碳纤维纸-聚醚砜复合导电分离膜污染的方法，其特征在于，将碳 纤维纸-聚醚砜复合导电分离膜的碳纤维纸的一侧作为阴极，聚醚砜的一侧设有 钛片作为阳极，碳纤维纸-聚醚砜复合导电分离膜与钛片之间设有硅胶垫片；碳 纤维纸-聚醚砜复合导电分离膜过滤时，将其阴阳两极与直流电源连通，将污染 物通过错流体系通过碳纤维纸-聚醚砜复合导电分离膜即可。硅胶垫片用来隔绝 两个电极。

优选地，所述碳纤维纸-聚醚砜复合导电分离膜过滤前，采用去离子水对其 进行预压。

优选地，所述预压具体为：在0.4MPa压力下，采用去离子水对碳纤维纸- 聚醚砜复合导电分离膜预压至得到稳定过滤膜水通量；然后将压力调整为设定操 作压力，观察通过碳纤维纸-聚醚砜复合导电分离膜过滤的去离子水的重量，当 每分钟通过碳纤维纸-聚醚砜复合导电分离膜的渗滤液，即离子水的质量变化率 小于2％即完成预压。相关计算公式如下：

过滤膜水通量(J)的计算公式为：