[发明专利]一种电化学介导的渗透废水处理系统及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种电化学介导的渗透废水处理系统及其制备方法和在在处理抗生素废水、重金属废水、印染废水或垃圾渗滤液中的应用。将PMIA聚合物、LiCl、CNTs等混合成铸膜液，铸膜得到CNTs基膜，在膜表面浸入MPD水溶液，将膜表面暴露于Isopar‑G溶液中，得到CNTs TFC膜；将膜组件‑硅胶垫片‑金属片‑硅胶垫片‑分隔层‑硅胶垫片‑分离网格层‑CNTs TFC膜‑分离网格层‑硅胶垫片‑膜组件组装。本发明将电化学和渗透膜技术有机结合，利用空间电场或电极电位强化/优化渗透过程，以CNTs导电膜为电极，耦合正渗透或反渗透技术，通过调控粒子传输特性实现对污染物的选择性分离，提高水通量并减缓膜污染。

技术领域

本发明涉及一种电化学介导的渗透膜废水处理系统，该系统可以有效应用水处理和回用，属于环保技术领域。

背景技术

水资源相对匮乏和水质恶化已经愈来愈严重地影响着人类生活健康，制约着经济发展。各国政府及社会团体已经战略地意识到未来的和平与发展将与净水和淡水的获得息息相关。

Thin-film Composite(TFC)膜作为当前正渗透和反渗透膜材料研究发展的主流，通常是在多孔基底膜顶部形成一层薄而致密的活性层，这层活性层一般是通过单体的界面聚合(IP)反应形成的，其薄膜的形成在很大程度上取决于基底膜的结构和性能。尽管高度交联的PA薄膜具有高的截留率和水通量等优点，但当TFC膜在高氯环境中工作时，PA层结构极易被破坏，而氯化却是最常用的消毒过程，因此这极大的影响了TFC膜的发展。此外，PA层具有纳米级的脊谷结构，该结构具有较高的比表面积，容易积聚污垢。此外，高密度的羧基以及PA层的疏水性也极易造成TFC膜的污染问题。此外，有机污染物不仅吸附在膜表面，而且在运输过程中容易通过静电吸引、疏水力等强相互作用堵塞膜孔。虽然简单的物理清洗可以去除膜表面的一小部分被吸附的分子，但是膜孔中的顽固污染物只能通过化学清洗去除，这可能会对膜材料造成不可逆的损害。

提高膜的亲水性是提高膜耐污染性能的常用方法。据报道，防污性能来自于亲水表面的强水合层，它抑制了污染物的吸附。由于大多数有机污染物都带负电荷，另一种常用的方法是将负电荷施加到膜表面，以静电排斥带负电荷的有机污染物和细菌的附着。除此之外，通过在渗透系统的运行过程中引入电场，可以借助电催化的作用去除膜孔中的顽固污染物，有效改善膜的水通量，提高膜的稳定性。在用于生产复合导电膜的各种添加剂中，高导电性碳纳米管是最常见的。碳纳米管作为具有代表性的一维碳纳米材料，具有稳定性和导电性等优点。碳纳米管可制备成独立式膜或基板上的多孔层，因此在膜应用方面得到了广泛的研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如何借助电场作用提高水通量并缓解正渗透/反渗透技术的膜污染问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电化学介导的渗透膜废水处理系统的制备方法，包括以下步骤：

步骤1)：将经过真空干燥的PMIA聚合物、LiCl、DMac、丙酮、CNTs混合，形成铸膜液；

步骤2)：将膜基底平铺于玻璃板上，用铸膜刀将经过脱气后的铸膜液在膜基底上快速铸膜，将铸膜后的玻璃板迅速浸入水凝浴中，确保完全沉淀，得到CNTs基膜；

步骤3)：在步骤2)得到的CNTs基膜的膜表面浸入MPD水溶液，并用吹风机除去膜表面残留的溶液；将膜表面暴露于Isopar-G溶液中，倒出过量的有机溶液后，将膜真空干燥以提高PA的交联度，得到CNTs TFC膜；

步骤4)：将膜组件-硅胶垫片-金属片-硅胶垫片-分隔层-硅胶垫片-分离网格层-CNTs TFC膜-分离网格层-硅胶垫片-膜组件按顺序组装，其中CNTs TFC膜作为阳极，活性层朝向进料液侧，金属片作为阴极，分离网格层用于机械支撑；