[发明专利]具有选择氧化功能的聚丙烯腈-碳纳米管电活性膜及应用

说明书

本发明提供了一种具有选择氧化功能的聚丙烯腈‑碳纳米管电活性膜及应用，该电活性膜包括上层的聚丙烯腈分离层和下层的碳纳米管电活性层，聚丙烯腈分离层和碳纳米管电活性层通过聚苯胺进行交联。该聚丙烯腈‑碳纳米管电活性膜在过滤时作为阳极连接着直流电源，利用聚丙烯腈分离层物理截留多糖、蛋白质、腐殖质等大分子有机污染物而透过抗生素、内分泌干扰物、持久性有机污染物等有毒有害小分子有机污染物，小分子有机污染物到达下部碳纳米管电活性层后发生电化学氧化反应而被降解，能够避免大分子有机污染物竞争电活性膜反应位点，实现了对城市二级出水中有毒有害小分子有机污染物的选择性氧化降解，对保障二级出水回用的安全性具有重要意义。

技术领域

本发明涉及水处理材料领域，尤其是涉及一种具有选择氧化功能的聚丙烯腈-碳纳米管电活性膜及应用。

背景技术

膜分离技术在污水深度处理领域得到了广泛应用。微滤、超滤、纳滤及反渗透膜能够根据其孔径大小截留城市污水厂生物处理二级出水（简称城市二级出水）中的多种污染物，使污水得到深度净化而达到回用水要求。在对城市二级出水进行深度处理时，抗生素、内分泌干扰物、持久性有机污染物等有毒有害小分子有机污染物的去除是保障污水回用安全的关键。但是，由于上述有毒有害小分子有机污染物的分子量通常为200-500道尔顿，一般只能通过纳滤膜和反渗透膜得到去除，并且这种去除作用只是物理截留，即有毒有害小分子有机污染物只是转移到了纳滤或反渗透的浓缩液当中，并没有得到化学降解，仍然具有毒性。

近年来，将导电及具有电化学反应活性的物质负载到传统膜材料上制备电活性膜成为了研究热点。电活性膜在过滤污水的同时也作为电极与电源连接，不仅可以通过物理截留作用去除污水中的污染物，还能够通过电化学反应降解污水中的污染物。电活性膜的这一特点对于有毒有害小分子有机污染物的去除是十分有益的，不仅可以提高其去除效果而且能够降低其毒性。

值得注意的是，城市二级出水中除了有毒有害小分子有机污染物以外，还含有大量多糖、蛋白质、腐殖质等大分子有机污染物，目前已报道的电活性膜并不能实现对有毒有害小分子有机污染物的选择性氧化。中国发明专利CN112827366A公开了一种基于纳米零价铜改性碳纳米管滤膜的制备及其应用，CN202010766254.X公开了一种金团簇-碳纳米管电催化薄膜的制备方法和应用。这两项专利将催化剂改性碳纳米管电活性层设置于电活性膜上表面来对污水中有机污染物进行降解，但是电活性层将同时与污水中的大分子有机污染物和有毒有害小分子有机污染物接触，大量反应位点被大分子有机污染物占据，并不利于有毒有害小分子有机污染物的去除。中国发明专利CN110496544A公开了一种无机-有机复合碳基导电超滤膜的制备方法及应用，CN110496543A公开了一种二氧化硅-聚醚砜导电超滤膜的制备方法及其所得的超滤膜与应用。这两项专利将碳布导电层置于电活性膜下表面来对抗生素进行电化学降解，但并不具备在氧化抗生素前将二级出水中大分子有机污染物先行去除的功能，也无法实现对抗生素的选择性氧化。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种具有选择氧化功能的聚丙烯腈-碳纳米管电活性膜，利用电活性膜上部聚丙烯腈分离层的孔道结构物理截留大分子有机污染物并透过有毒有害小分子有机污染物，再利用电活性膜下部碳纳米管电活性层氧化有毒有害小分子有机污染物，达到选择性氧化有毒有害小分子有机污染物的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种具有选择氧化功能的聚丙烯腈-碳纳米管电活性膜，包括上层的聚丙烯腈分离层和下层的碳纳米管电活性层，且碳纳米管电活性层位于聚丙烯腈分离层的膜孔大的背面，聚丙烯腈分离层的正面孔径为2-8nm，电导率为50-200S/m，聚丙烯腈分离层和碳纳米管电活性层通过聚苯胺进行交联。

进一步，所述的聚丙烯腈-碳纳米管电活性膜由如下步骤制备得到：

1）聚丙烯腈分离层的制备及水解：

配制聚丙烯腈铸膜液，采用非溶剂相转化法制备聚丙烯腈膜，使聚丙烯腈膜背面与NaOH溶液接触发生水解；