[发明专利]一种用于膜污染清洗的磁性高强度高韧性水凝胶和使用方法

说明书

一种膜污染清洗磁性复合水凝胶微球的制备和使用方法，是以海藻酸钠为骨架，以丙烯酰胺及其衍生物为聚合单体，将硅酸钠与聚合单体和海藻酸钠一起溶解于水中，紫外引发丙烯酰胺聚合，经钙离子交联在水凝胶中原位生成硅酸钙纳米粒子，经过葡萄糖酸‑δ‑内酯水溶液浸泡，生成表面含介孔硅胶的硅酸钙，从而提高了水凝胶的强度和稳定性。原位矿化生成均匀分散的纳米硅酸钙提高了水凝胶的强度。本发明以微纳米磁性粒子为增强剂，利用注射器制备微球，利用其密度和水非常接近，本身具有高强度高韧性且具有较好稳定性的优点，在水流或鼓气冲洗过程中提高清洗效果。加入硅酸盐的复合水凝胶在水中稳定性显著提高，在膜污染清洗领域有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种用于膜污染清洗的磁性高强度高韧性水凝胶和使用方法，属于功能材料和环境领域。

背景技术

膜分离技术由于兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能，又有高效、节能、环保、分子级过滤及过滤过程简单、易于控制等特征，因此，膜分离成为当今分离科学中最重要的手段之一。膜污染是指在膜过滤过程中，水中的微粒、胶体粒子或溶质大分子由于与膜存在物理化学相互作用或机械作用而引起的在膜表面或膜孔内吸附、沉积造成膜孔径变小或堵塞，使膜产生透过流量与分离特性的不可逆变化现象。污染后的膜透液通量下降，过滤效果恶化，寿命缩短，清洗难度大，严重影响了超滤的工作效率和经济效益，防治膜的污染与膜清洗成为膜过程的一个研究热点。在膜运行过程中，可以采取预处理滤料、改性膜材料、优化操作条件等技术减缓膜污染，延长膜的使用寿命，但对于已经污染的膜，必须进行清洗才能消除或减轻污染，以保证反应器的正常处理效果。膜清洗有物理清洗、化学清洗、生物清洗等方法。针对不同形式的膜污染，应采用不同的清洗方法。

物理清洗是指人工、机械清洗和清水清洗等不使用任何形式化学药剂来剥离膜面污染物的清洗方法，整个清洗过程不发生任何化学反应。这种方法不引入新污染物、清洗步骤简单，然而该方法仅对污染初期的膜有效，清洗效果不能持久。孙振龙等用海绵球擦洗平片膜组件，用水力控制海绵球经过膜表面，可以强行去除膜表面的污染物，基本恢复膜通量【环境工程，2003，21(2)：7-9】。Civisvanathan等对过滤-空气反吹的研究发现，过滤15min、空气反吹15min可以获得最佳的透过稳定性和总通量，尽管这种循环操作不能完全清除膜污染，但与连续运行工艺相比，提高了271％的通量【Wat.Sci.Technol.，1997，36(12)：259-266.】。

在实际运行中，对于污染严重的膜，仅靠物理清洗很难使膜通量完全恢复，必须借助于化学清洗。化学清洗是在水中加入某种合适的化学药剂，连续循环清洗，该法能够很好的清除复合污垢，使得膜通量迅速恢复。化学清洗通常是根据膜的污染程度，用氧化剂(次氯酸钠等)、酸(盐酸、硫酸、硝酸等)、碱(氢氧化钠等)、络合剂、表面活性剂、酶、洗涤剂等化学清洗剂对膜进行浸泡和清洗，是一种去除膜污染的相对最有效的方法。Maartens等人对被纸浆和果浆污染的聚醚矾(PES)膜进行化学清洗时发现，非离子表面活性剂TritonX.100和海绵球同时清洗的效果优于非离子表面活性剂十二烷基磺酸钠(SDS)与氢氧化钠溶液的混合清洗【J.Membr.Sci.，2002，209：81-89.】。仝攀瑞等研究发现MBR处理印染废水的PVDF膜污染主要由膜表面凝胶层造成的，化学清洗能恢复膜通量约90％以上，而采用空曝气加反冲洗的方法对膜进行物理清洗仅能恢复膜通量约70％【中国给水排水，2006，22(5)：106-108】。