[发明专利]一种利用二氧化硅纳米材料制备抗污染膜的方法

说明书

本发明提供一种利用二氧化硅纳米材料制备抗污染膜的方法，包括如下步骤：S1、获取具有多种载荷介孔的二氧化硅纳米颗粒；S2、将抗膜污染成分载荷到二氧化硅纳米颗粒的载荷介孔中，获得载荷抗膜污染成分的二氧化硅纳米颗粒，作为膜制备的添加剂；S3、在膜组件的膜制备过程中将S2步骤得到的添加剂，加入膜材料中制备得到抗污染膜。使用易制备多载荷价格低的二氧化硅纳米颗粒作为抗膜污染成分的载体后，可以大大增强抗膜污染成分的稳定性，加强膜污染控制水平，减少膜冲洗频率，增加膜的寿命，提高膜生物反应器的效率。

技术领域

本发明属于膜制备技术领域，涉及一种利用二氧化硅纳米材料制备抗污染膜的方法。

技术背景

纳米材料是指在至少一个维度上大小在纳米尺度的新型材料，因其出色的物理、化学、表面、光电等性质，被广泛应用到了包括催化剂、环境保护、化学添加剂、生物医药、能源储存、电磁材料、光学部件等国民经济生活的方方面面。

在环境保护领域，特别是水处理和回用领域，膜和膜生物反应器因其高效率、高稳定性、可用于难降解废水处理、以及应用场景的普适性，在近年来在工业污水处理和生活污水处理中得到越来约广泛的应用。为了便于工业化生产和安装，提高膜的工作效率，在单位体积内实现最大的膜面积，通常将膜以膜组件的形式组装，在一定的驱动力下，完成混合液中各组分的分离。

而随着膜生物反应器的广泛使用和研究的深入，环保从业者发现膜和膜组件的最重大局限是膜污染问题。在绝大多种类的有机膜组件中，微生物在膜上快速增殖形成大型菌落团聚和多糖分泌物，造成的快速膜污染导致通量下降，污水处理效率下降，常需要反冲洗、酸洗/碱洗等手段清理，容易造成能耗上升和二次污染。因此，控制膜污染问题是提高膜生物反应器效率的重要手段。

虽然有众多可用于膜污染控制的抗生素和其他抗菌成分被研究，但它们大多化学性质不够稳定，如四环素类抗生素或精油类分子；又或是难以分散容易团聚，如酶或纳米银，不能直接用于膜的抗污染。

发明内容

为解决现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种利用二氧化硅纳米材料制备抗污染膜的方法，使用易制备多载荷价格低的二氧化硅纳米颗粒作为抗膜污染成分的载体后，可以大大增强抗膜污染成分的稳定性，加强膜污染控制水平，减少膜冲洗频率，增加膜的寿命，提高膜生物反应器的效率。

本发明是通过如下的技术方案来实现的。

本发明的技术方案是一种利用二氧化硅纳米材料制备抗污染膜的方法，包括如下步骤：

S1、获取具有多种载荷介孔的二氧化硅纳米颗粒；

S2、将抗膜污染成分载荷到二氧化硅纳米颗粒的载荷介孔中，获得载荷抗膜污染成分的二氧化硅纳米颗粒，作为膜制备的添加剂；

S3、在膜组件的膜制备过程中将S2步骤得到的添加剂，加入膜材料中制备得到抗污染膜。

本技术方案使用二氧化硅纳米颗粒易制备、成本低，作为抗膜污染成分的载体，不会对膜材料的成本和物理性质有改变，但制备后的膜在抗污染性能方面大大提高，可降低膜的反冲洗频率，节省成本。

载荷抗膜污染成分的二氧化硅纳米颗粒可以应用于有机膜制备中的膜材料中，如聚烯烃类、聚乙烯类、聚丙烯腈、聚砜类、芳香族聚酰胺、含氟聚合物等有机膜。

在该技术方案的一个示例中，在S2步骤中，抗膜污染成分包括植物提取物、抗生素、蛋白酶和纳米贵金属颗粒中的一种或多种组合。

其中，植物提取物选自大蒜素、肉桂醛和芳香类植物精油等从植物中提取的具有抗菌功能的小分子载荷中的一种或多种；抗生素选自四环素、大环内酯、β-内酰胺、多粘菌素和氨基糖苷等特异抗生素小分子载荷中的一种或多种；纳米贵金属颗粒选自纳米金颗粒、纳米银颗粒中的一种或两种；蛋白酶和纳米贵金属颗粒属于大分子载荷。