[发明专利]一种可调控界面催化性能催化分离膜的组装及其在水处理中的应用方法

权利要求书

1.一种可调控界面催化性能催化分离膜的组装方法，其特征在于以氮掺杂石墨烯N-rGO为核心，在陶瓷膜表面构筑催化活性层，组装催化分离膜，能够催化臭氧分解产生具有强氧化性的羟基自由基，氧化降解膜孔内的有机污染物，强化去除小分子、高毒性难降解有机污染物，显著缓解膜污染，延长膜的应用周期和使用寿命，催化分离膜通过N-rGO不同负载次数实现表面N-rGO催化活性层厚度的调控，定量调控催化分离膜的催化性能与产水通量，通过如下步骤组装：

（1）N-rGO悬浊液的制备：称取100~300 mg的N-rGO，要求碳元素与氮元素含量的比值（C/N）为43.0~45.0，将其超声分散到1.0 L的超纯水中，超声分散2.0 h，得到浓度为100~300 mg/L的N-rGO悬浊液；

（2）将N-rGO组装于陶瓷膜孔内：将配置好的N-rGO悬浊液装入一个上下留有接口的密封不锈钢储液罐中，上端开口与氮气瓶连接，下端开口处与膜组件连接，打开氮气调节压力为0.0~4.0 bar，通过氮气提供的压力以死端过滤的方式将N-rGO悬浊液从不锈钢储液罐中挤压到膜组件中，从而将N-rGO均匀地负载在陶瓷膜孔内，完成以N-rGO为核心的催化分离膜组装；

（3）固化：将制备好的陶瓷膜置于25~60°C真空干燥箱内干燥12~48 h；

（4）煅烧：将干燥好的陶瓷膜置于高纯氮气保护的管式炉中进行煅烧，高纯氮气的气体流速为100 mL/min，煅烧温度为300~700°C，升温速率为2.5~10 °C/min，煅烧时间为60~90min，得到催化分离膜。

2.权利要求1所述的一种可调控界面催化性能催化分离膜的组装方法，其特征在于所述的N-rGO为黑色固体粉末，易于超声分散，其碳元素与氮元素含量的比值（C/N）为43.0~45.0，比表面积为130.0~140.0 m²/g，总孔容为0.2~0.3 cm³/g。

3.权利要求1所述的一种可调控界面催化性能催化分离膜的组装方法，其特征在于所述的陶瓷膜采用由α-Al₂O₃为支撑层，ZrO₂为过滤层的管状陶瓷膜，膜孔大小20~50 nm，膜面积0.01~0.02 m²。

4.权利要求1所述的一种可调控界面催化性能催化分离膜的组装方法，其特征在于所述的催化分离膜的表面粗糙度为200~350 nm。

5.一种如权利要求1所述的一种可调控界面催化性能催化分离膜的组装方法在水处理中的应用方法，其特征在于所述的催化分离膜与臭氧同池运行，工艺运行参数如下：

（1）臭氧浓度：0~40 mg/L，该范围不包括0 mg/L；

（2）气体流速：300~500 mL/min；

（3）跨膜压差TMP：0.10~0.20 bar；

（4）回流比：40%~80%；

（5）膜面流速为：900~1600 mL/min；

（6）反应液体积：500~1000 mL；

（7）原水TOC浓度：0~30 mg/L，该范围不包括0 mg/L；

（8）微污染物有机物浓度：0~20 mg/L，该范围不包括0 mg/L。

6.一种如权利要求5所述的一种可调控界面催化性能催化分离膜的组装方法在水处理中的应用方法，其特征在于应用于饮用水常规处理工艺时，将传统饮用水处理中的过滤工艺替换为N-rGO催化分离膜耦合臭氧膜过滤工艺，实现微量有机污染物的强化去除，实现供水安全。

7.一种如权利要求5所述的一种可调控界面催化性能催化分离膜的组装方法在水处理中的应用方法，其特征在于应用于饮用水深度处理，将饮用水深度处理中的臭氧-生物活性炭工艺替换为N-rGO催化分离膜耦合臭氧膜过滤工艺，实现微量有机污染物的强化去除，实现供水安全。