[发明专利]一种用于膜复合污染控制的基于纳米材料协同作用的膜制备方法

说明书

本发明涉及一种用于膜复合污染控制的基于纳米材料协同作用的膜制备方法。所述方法首先利用聚多巴胺(PDA)的超分子作用和还原能力将亲水纳米材料(Nano)和抗菌纳米材料(Ag)耦合重排，构筑复合纳米材料，然后将其与膜基质共混，制备Nano‑PDA‑Ag复合纳米材料改性的超滤膜。制得的改性超滤膜具有显著的亲水抗粘附性能和优异的抗菌能力，从而实现了对有机污染和生物污染的同时调控，是一种有效的控制膜复合污染的膜制备方法。

技术领域

本发明属于膜法水处理领域，具体涉及一种用于膜复合污染控制的基于纳米材料协同作用的膜制备方法，即通过构筑抗有机污染和抗生物污染的纳米复合材料，然后通过共混法制备改性的抗复合污染的超滤膜。

背景技术

膜分离技术在水处理领域应用广泛。但是膜污染，包括膜有机污染和生物污染，容易导致膜通量下降，膜使用寿命缩短，系统运行成本增加等问题，限制了膜技术在水处理领域的应用。

目前，针对膜有机污染和生物污染常采用不同的策略进行处理。即对于膜有机污染，常利用纳米材料，如TiO₂，SiO₂，Al₂O₃，CNT，HNT，CNC等，与膜基质共混来制备改性抗有机污染膜，通过提高膜的亲水性来减轻有机物的附着，从而提高膜的抗有机污染能力。而对于膜生物污染，常通过添加纳米抗菌材料如纳米银颗粒来制备抗菌杀菌膜以实现对膜生物污染的有效控制。但是，在实际运行过程中，有机污染和生物污染常常同时存在，这种由有机污染和生物污染共同作用形成的膜复合污染往往对膜造成更大的损坏和危害。当前，仅通过添加亲水纳米材料来提高膜亲水性，降低污染物质在膜表面的沉积难以从根本上控制膜的生物污染，而仅添加纳米Ag颗粒无法实现对有机污染的有效控制，且直接将纳米Ag颗粒与膜基质共混，还存在纳米Ag颗粒团聚、易流失，制备过程复杂(需用到还原剂，如硼氢化钠)等问题。因此，亟需开发能够抗复合污染(有机污染和生物污染)的膜，这对膜污染的有效控制具有重要的意义。

综上所述，本发明的目的在于提供一种用于膜复合污染控制的基于纳米材料协同作用的膜制备方法。通过利用生物材料聚多巴胺的超分子粘附作用力和还原能力将亲水纳米材料和抗菌纳米材料进行耦合重排，构筑具有协同作用的复合纳米材料，然后将其与膜基质共混，制得改性的抗复合污染超滤膜。亲水纳米材料与抗菌纳米材料的协同作用能同时提高膜的抗粘附能力和抗菌/杀菌能力，实现对膜复合污染的有效调控，这可为膜复合污染问题的解决提供有效的控制策略。

发明内容

本发明的目的在于针对现有分离膜单独控制有机污染和生物污染存在的问题，提出一种用于膜复合污染控制的基于纳米材料协同作用的膜制备方法。

即通过利用生物材料聚多巴胺的强粘附能力和还原能力将亲水纳米材料与抗菌纳米材料进行耦合重排，构筑一种复合纳米材料，然后将其添加到膜基质中制备抗复合污染的改性膜，利用亲水材料与抗菌材料的协同作用提高膜的抗粘附能力和抗菌/杀菌能力，为膜复合污染问题的解决提供一种有效的控制策略。

本发明通过以下技术方案来实现其目的：

(1)亲水纳米材料的选取

本发明选择三种不同的纳米材料即人工合成纳米材料碳纳米管(CNT)，天然纳米材料埃洛石(HNT)及人工制备纳米材料纳米结晶纤维素(CNC)。其中，CNT及HNT直接过筛并烘干后备用，CNC经微晶纤维素(MCC)水解后烘干过筛备用。MCC水解过程为：称取5-10g微晶纤维素粉于500mL烧杯中，加入63.5％的50-200mL的H₂SO₄溶液，在45℃下搅拌20-40min。然后加入500-1000mL冷却蒸馏水终止反应。离心分离去除上清液，悬浮物经过多次离心洗涤，直至pH接近7。然后将悬浮物超声分散30-60min，在冷冻干燥器中干燥36-48h，得到干燥产物CNC。

(2)亲水纳米材料-多巴胺复合纳米材料的制备