[发明专利]石墨烯过滤复合膜及其制备方法

说明书

一种石墨烯过滤复合膜的制备方法，包括：通过抽滤或错流过滤法将羧基化的氧化石墨烯过滤至膜支撑层上，形成复合膜支撑层；采用形成的复合膜支撑层过滤氯化铁溶液，还原形成包含有二价铁化物的电芬顿催化层，完成石墨烯过滤复合膜的制备。由于电芬顿催化层包含有二价铁化物，对难降解污染物具有一定的截留作用，且可对难降解的污染物进行原位分解，从而解决膜技术无法降低难降解污染物毒性的问题，并且减轻膜污染。同时，由于电芬顿催化层的下方具有膜支撑层，因此在过滤二级出水的过程中，能对难降解污染物起一定的富集作用，从而可进一步提高电芬顿催化层对难降解污染物的降解速率。

技术领域

本发明属于污水深度处理技术领域，更具体地涉及一种石墨烯过滤复合膜及其制备方法。

背景技术

污水再生利用能够在缓解用水紧张的同时减少污水排放，具有重要的经济、生态效益。然而，污水处理厂的二级出水中残留低浓度的难降解污染物(例如氟苯尼考)，对自然环境和人类健康具有潜在威胁，成为限制污水再生利用的重要因素。由于污水中的难降解污染物具有浓度低和可生化性差的特征，常规的以生物处理为核心单元的污水处理工艺对其去除效果十分有限，难以满足污水回用的要求。因此，开发高效的深度处理技术处理二级出水中的难降解污染物，对于保障污水回用的水质安全具有重要意义。

近年来，膜技术作为一种新型的物质分离技术，在废水处理、海水淡化等诸多领域已得到广泛应用，并成为解决环境污染、缓解资源和能源危机的重要技术支持。由于其操作过程简单、运行方便、成本能耗低、出水水质优良稳定，已被用于城市污水和工业废水等二级出水的深度处理。但膜技术存在以下问题：不能降解所述的难降解污染物、由于浓差极化会导致出水中较高浓度的难降解污染物、以及所用的膜很容易污染等。

发明内容

基于以上技术问题，本发明的主要目的在于提出一种石墨烯过滤复合膜及其制备方法，用于解决以上技术问题的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，本发明提出一种石墨烯过滤复合膜的制备方法，包括：

通过抽滤或错流过滤法将羧基化的氧化石墨烯过滤至膜支撑层上，形成复合膜支撑层；

采用上述步骤形成的复合膜支撑层过滤氯化铁溶液，还原形成包含有二价铁化物的电芬顿催化层，完成石墨烯过滤复合膜的制备。

进一步地，上述膜支撑层包含有氧化石墨烯。

进一步地，上述制备方法在形成复合膜支撑层之前，还包括，还原含有氧化石墨烯的膜支撑层，在膜支撑层的上方形成石墨烯导电层；则羧基化的氧化石墨烯通过抽滤或错流过滤法过滤至石墨烯导电层上。

进一步地，上述制备方法在过滤氯化铁溶液前，还采用复合膜支撑层依次过滤氢氧化钠溶液和超纯水。

进一步地，还原形成包含有二价铁化物的电芬顿催化层中的二价铁化物的形成步骤为：通过氯化铁溶液与羧基化的氧化石墨烯反应生成铁纳米颗粒，再通过还原反应形成二价铁化物。

进一步地，上述氯化铁溶液的用量为1～5g/cm²，还原反应的电势相对于Ag/AgCl参比电压为-2.0～-0.2V。

进一步地，上述羧基化的氧化石墨烯的浓度为0.5～20g/L，负载量为0.01～10mg/cm²。

进一步地，上述含有氧化石墨烯的膜支撑层的形成为：将氧化石墨烯溶液通过直接抽滤法或错流过滤法过滤到膜支撑层上；氧化石墨烯溶液的浓度为0.5～20g/L；含有氧化石墨烯的膜支撑层的负载量为0.1～10mg/cm²。

进一步地，上述膜支撑层为微滤或超滤级别的膜，其材质包括聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、陶瓷。