[发明专利]针对液-液膜萃取高效抗污染纳米纤维复合膜及制备方法

说明书

本发明公开了一种针对液‑液膜萃取高效抗污染纳米纤维复合膜及制备方法，纳米纤维复合膜由PVDF/无纺布纳米纤维支撑层、PDMS选择层和抗污染改性层构成多层膜结构，通过静电纺丝法在无纺布上形成PVDF纳米纤维，后经热压处理，形成高孔隙率PVDF/无纺布纳米纤维支撑层。通过静电喷涂技术在PVDF/无纺布纳米纤维支撑层上制备PDMS选择层以选择性地萃取有机物。通过对膜改性的方法在PDMS选择层上原位生长AgNPs材料或接枝Ag‑MOFs材料制备两种不同的改性层以达到杀菌抗污的目的。本发明可有效提高复合膜的长期抗污染性能，使膜保持优异的长期有机物传质效果，同时具备优异的选择性和长期稳定性。

技术领域

本发明属于高盐度有机废水处理领域，具体涉及了一种针对液-液膜萃取的耐生物污染、高传质系数、高截留率的高效抗污染纳米纤维复合膜及制备方法。

背景技术

高盐有机废水由多种工业过程产生，如纺织染色、制药、皮革工业、石油精炼、食品加工，造纸、湿法冶金、畜牧业和洗涤剂制造业等，在道路径流水和垃圾渗滤液中也存在。在工业废水中，主要的盐成分是硫酸盐、氯化钠、硝酸盐和磷酸盐，此外，这些废水中含有各种难降解的有机化合物，如苯酚、酚类化合物、染料、抗生素、杀虫剂、人工络合剂、多环芳烃和药物等，这些物质酸碱性强且毒性大，如果未经处理，高含盐有机废水排放会造成严重的环境污染。据生态环保部最新环境统计年报数据显示，2015年我国化学原料和化学制品制造业排放污水25.6亿吨，为全国工业废水排放量首位，是高盐度有机废水的主要来源。由于近年来工业规模迅速扩大，我国高盐废水产生量占废水总量的5％，且每年仍以2％的速率增长，因此我们应高度重视高盐有机废水的处理和排放问题。由于存在高浓度的可溶性盐和有毒有机污染物，这类废水很难用传统方式处理，而且，苯酚等有机成分是有价值的试剂，应从废水中回收。因此，开发高效、环保的高盐有机废水处理及回收方法已成为一个重要课题。

液-液膜萃取工艺(aqueous-aqueous membrane extractive process)可用于处理难以被传统的生物工艺处理的含有毒成分的废水。液-液膜萃取工艺将膜分离技术和生物降解技术有效结合，废水中的有机污染物可以通过选择性渗透膜通过溶液扩散进入生物反应器进行后续生物降解。连续的生物降解使微生物侧的有机物浓度较低，使有机物在两侧浓度差的驱动下不断地跨膜渗透。液-液膜萃取工艺实现了有机物和无机物的同时分离和生物降解，所以液-液膜萃取工艺可以从废水流中去除或回收目标化合物，这是一般的传统生物工艺无法做到的。

但是，液-液膜萃取过程存在一些瓶颈问题，限制了它的大规模应用，膜污染尤其是膜的生物污染是几乎所有膜过程的重大挑战，液-液膜萃取工艺也不例外。在长期液-液膜萃取运行过程中，微生物将粘附聚集在萃取膜面向生物反应器一侧的表面上，增加膜的传质阻力，显著降低该过程的传质速率(为初始传质速率的30％)。不同于常见的膜生物反应器过程，在液-液膜萃取过程中，虽然并无外加压力迫使膜表面聚集大量微生物，造成膜污染，但由于反应器内微生物生长代谢所需的有机物的唯一来源是穿过膜的有机物，微生物将自发地在膜表面聚集，不可避免地在膜表面黏附聚集厚厚的一层生物膜，最终造成膜阻力的增加及有机传质系数的降低。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种具有优异的抗污染性、优异的长期有机物传质效率和优异的选择性的高效抗污染纳米纤维复合膜及制备方法，为提高复合膜的抗污染能力，本发明通过静电纺丝、静电喷涂以及对膜改性的方法制备了具有多层结构的改性层/聚二甲基硅氧烷(PDMS)/聚偏氟乙烯(PVDF)/无纺布纳米纤维复合膜。针对液-液膜萃取过程，通过静电纺丝法在无纺布支撑层上构建具有双层结构的PVDF纳米纤维支撑层，通过静电喷涂技术在PVDF/无纺布支撑层上构建PDMS选择层。通过改性技术对PDMS选择层进行改性制备了两种不同的改性层，使膜具有杀菌抗污的能力。通过该方法制备针对液-液膜萃取过程的多层结构复合膜，可有效提高复合膜的抗生物污染能力，使膜长期传质效果性能良好，为高效抗污染复合萃取膜的制备提供了一种可靠的新方法，推动了液-液膜萃取技术在实际中的应用。

为达到上述目的，本发明通过一些技术方案获得: