[发明专利]一种用于臭氧催化氧化废水处理的膜组件及其制备方法

说明书

本发明涉及一种用于臭氧催化氧化废水处理的膜组件，主要是以硅胶材料制成的中空纤维膜为载体、并在其表面涂覆臭氧催化剂、助催化剂和吸附剂共混粘结剂的膜组件，先对硅胶材料的中空纤维膜进行表面改性，再将一定质量比的催化剂或助催化剂粉体按总固含量4%~20%配比，在强搅拌下分散于去离子水中制成悬浮液，并在超声清洗剂中进一步分散10~30min，制成涂覆液；最后将涂覆液涂覆至改性的硅胶有机中空纤维膜表面制成膜元件。本发明的优点是提高了臭氧与污染物和催化剂之间的传质效率，提高臭氧利用率和催化氧化反应速率，有效减小设备体积，降低投资运行成本。

技术领域

本发明涉及高级氧化水处理设备技术领域，尤其是一种用于臭氧催化氧化废水处理的膜组件及其制备方法。

背景技术

目前，我国对于难降解有机物的处理方法并不成熟，传统的物化法和微生物法水处理工艺仅适用于处理易降解的有机污染物。

高级氧化技术作为一种化学氧化法水处理技术，常被应用于处理难降解有机物，但是这种技术操作困难，反应前后需添加酸碱调节pH，另外会产生大量铁泥成为难以处置的危废以及处理后的废水容易反色等问题。与之相比，臭氧催化氧化的设备结构简单、工艺操作简单，但是由于其需要大量的臭氧对污水进行处理，因此对应的臭氧催化氧化反应设备的体积较大，且制备臭氧的运行耗电费用较高，臭氧与污染物和催化剂之间的传质效率较低，限制了利用臭氧处理有机废水的能力。

发明内容

本发明目的就是为了解决现有臭氧催化氧化处理污水设备效率低、效果差、体积大和成本高的问题，提供了一种用于臭氧催化氧化废水处理的膜组件，提高了臭氧与污染物和催化剂之间的传质效率，促进气、固、液界面的催化氧化降解有机物反应，提高臭氧利用率和催化氧化反应速率，同时也可以有效减小设备体积，降低投资运行成本。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种用于臭氧催化氧化废水处理的膜组件，包括依次相连的纯氧源仓、臭氧发生器和膜元件反应器，膜元件反应器内设有一个膜组件，所述膜组件为以含硅胶的中空纤维膜为载体、并在其表面涂覆臭氧催化剂、助催化剂和吸附剂共混粘结剂的膜组件；

所述中空纤维膜设为直径0.8~2mm、 壁厚0.15~0.4mm的抗静电硅胶中空纤维膜；

所述臭氧催化剂的成分包括过渡金属相对应的氧化物、羟基氧化物粉末、二茂铁和磁性氧化铁中一种或两种及以上的混合物；

所述助催化剂的成分包括镍、钴、钼相对应的氧化物，或者二硫化钼，或者为催化剂和助催化剂有效成分的共沉淀双层氢氧化物；

催化剂为纳米粉末，且催化剂与助催化剂的质量比为16：1~2：1；

所述吸附剂的成分为通过酸碱相应改性的400目以上椰壳或果壳活性炭粉末、羟基或羧基碳纳米管、氧化石墨烯、酸碱硅藻土以及碳化氮粉末中两种或两种以上的混合物。

优选地，所述中空纤维膜为直径0.8mm、壁厚0.15mm以及有效长度0.1~0.5m的内加长链的烷基季铵类抗静电剂和气相白炭黑的聚二甲基硅氧烷PDMS中空纤维膜。

优选地，催化剂与助催化剂的质量比4：1。

优选地，所述吸附剂相对于催化剂和助催化剂之和的质量比不超过1：10。

优选地，所述臭氧催化剂成分中包含的过渡金属可以是铜或铁。

为了进一步地完成本发明的目的，还提供了一种用于臭氧催化氧化废水处理的膜组件制备方法，具体步骤如下，包括：

（1）表面改性：对硅胶有机中空纤维膜进行表面改性，将其两端封口后浸渍于2~4mol/L的氢氧化钠浓碱液中处理2~4h，取出后使用过量去离子水冲洗膜表面，直至冲洗液接近pH=7；