[发明专利]聚四氟乙烯电催化多孔膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及膜技术领域，特别是涉及一种聚四氟乙烯电催化多孔膜及其制备方法。

背景技术

水是生命之源，水资源短缺现象日益严重，使得废水处理成为一个全球性的话题。膜技术具有低投入成本、效率高等优点，如膜生物反应器(MBR)、反渗透(RO)以及膜蒸馏技术(MD)等，在水处理方面越来越受到人们的关注。然而，膜污染是膜过程中无法避免的现象，严重阻碍了膜过程的效率和膜材料的使用寿命，因此控制和缓解膜污染成为膜技术领域最为关键的问题。目前，为解决膜污染问题，一系列措施已经实施，例如待处理料液的预处理，自清洁膜技术的研究，膜的反冲洗等。这些技术能够取得一定的成效，但是并不能完全解决膜污染问题。近几年来，电化学在水处理领域取得了较为显著的进展。电催化氧化技术，是一种高级的电化学氧化工艺，就是利用外加电场作用，在特定的电化学反应器内，通过一系列设计的化学反应、电化学过程或物理过程，达到预期的去除废水中污染物或回收有用物资的目的。它既可直接氧化有机物，也可利用电极产生的活性羟基自由基氧化有机物，最理想的产物是二氧化碳和无机盐。电催化氧化技术作为一种环境友好的清洁技术，具有绿色环保、无二次污染、反应过程易控制、多功能性以及能量利用率高等优点，吸引了较多研究者的关注。国内吴祖成利用电催化技术成功处理了芳香族化合物废水(环境科学，2003，02:121～124)。电催化技术与膜技术的有机结合能够有效缓解膜污染问题，一方面，电催化技术能有效降解膜表面的污染物，另一方面，膜分离过程也会促进电催化反应的进行。国内李建新团队以管式碳膜为导电载体，并负载TiO₂为电催化剂，实现了电催化技术与膜分离技术的有机耦合，有效缓解了膜过程中的膜污染问题(膜科学与技术，2012，05:19～26)。然而，目前所用导电基膜多为碳膜，虽然其具备良好的导电性以及稳定性，但是成本较高、柔性较差，运用受到一定限制。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种聚四氟乙烯电催化多孔膜及其制备方法，该聚四氟乙烯电催化多孔膜相较碳膜作为基膜制得的膜柔性好，成本低；且制备方法简单，易于操作。

为此，本发明的技术方案在于：

一种聚四氟乙烯电催化多孔膜，由基膜和负载在其表面的导电层构成；所述基膜为经双向拉伸制得的聚四氟乙烯膜；所述导电层由多壁碳纳米管或者多壁碳纳米管与石墨烯的混合物构成。

进一步，所述聚四氟乙烯电催化多孔膜还包括负载在所述导电层表面的电催化层；所述电催化层的组成物质为纳米二氧化钛或者纳米氧化锰。

优选，所述聚四氟乙烯电催化多孔膜表面负载多壁碳纳米管的量为0.8～6.4g/m²。

优选，所述所述聚四氟乙烯电催化多孔膜表面负载电催化层物质的量为0.8～6.4g/m²。

一种聚四氟乙烯电催化多孔膜的制备方法，包括如下步骤：

1)将多壁碳纳米管或多壁碳纳米管与石墨烯的混合物均匀分散在溶剂中，得到分散液A；

2)将经双向拉伸制得的聚四氟乙烯膜浸泡在无水乙醇中，使聚四氟乙烯膜孔充分浸润，得到预处理后的聚四氟乙烯膜；

3)将所述预处理后的聚四氟乙烯膜固定在砂芯过滤装置中，将分散液A注入砂芯过滤装置，采用真空抽滤方式将所述分散液A中的多壁碳纳米管或多壁碳纳米管与石墨烯的混合物负载在所述聚四氟乙烯膜表面，从而制得表面负载有导电层的初生催化膜，将所述初生催化膜真空干燥，从而得到所述聚四氟乙烯电催化多孔膜。

一种聚四氟乙烯电催化多孔膜的制备方法，包括如下步骤：

1)将多壁碳纳米管或多壁碳纳米管与石墨烯的混合物均匀分散在溶剂中，得到分散液A；

将电催化层物质均匀分散在无水乙醇中，得到分散液B；所述电催化层物质为纳米二氧化钛或者纳米氧化锰。

2)将经双向拉伸制得的聚四氟乙烯膜浸泡在无水乙醇中，使聚四氟乙烯膜孔充分浸润，得到预处理后的聚四氟乙烯膜；

3)将所述预处理后的聚四氟乙烯膜固定在砂芯过滤装置中，将分散液A注入砂芯过滤装置，采用真空抽滤方式将所述分散液A中的多壁碳纳米管或多壁碳纳米管与石墨烯的混合物负载在所述聚四氟乙烯膜表面，从而制得表面负载有导电层的初级聚四氟乙烯电催化膜；

4)将所述砂芯过滤装置中的分散液A替换为分散液B，采用真空抽滤方式将所述分散液B中的电催化层物质负载在所述初级聚四氟乙烯电催化膜的导电层表面，得到初生催化膜I；将所述初生催化膜I真空干燥，从而得到所述聚四氟乙烯电催化多孔膜。