一种污水处理用碳纤维复合过滤膜及其制备方法与流程

1.本发明涉及碳纤维过滤膜技术领域，更具体地说，本发明涉及一种污水处理用碳纤维复合过滤膜及其制备方法。


背景技术：

2.我国是世界上20个最缺水的国家之一，年缺水量400多亿吨，人均水资源不到世界平均水平的1/4，人均淡水量排名仅居世界第108位，且东西、南北分布极不均匀。尤其是，我国600多座城市中有近400座城市缺水，110座城市严重缺水。一方面是严重缺水，另一方面是随着我国经济发展和城市规模的迅速扩大，城市污水排放量激增，初步估算年污水排放量已近300亿吨。因此，进行污水处理回用研究意义特别重大。
3.碳纤维材料具有质量轻、强度高、耐高温、抗腐蚀、导热导电好等优点，已被广泛应用航空航天、汽车制造、体育用品、污水处理等行业中。碳纤维兼具碳材料强抗拉力和纤维柔软可加工性两大特征，碳纤维过滤膜被广泛应用到污水处理中。现有的污水处理用碳纤维过滤膜在使用过程中抗污性能不足，容易导致碳纤维过滤膜的过滤效果降低，降低了碳纤维过滤膜的使用寿命。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种污水处理用碳纤维复合过滤膜及其制备方法，本发明所要解决的问题是：如何提高碳纤维过滤膜的抗污性能和使用寿命，方便对污水的处理。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种污水处理用碳纤维复合过滤膜，包括基材、混合添加液和抗菌处理液，所述混合添加液包括以下重量份的原料：磺化聚苯乙烯8
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16份、卵磷脂20
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25份、n,n
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二甲基乙酰胺30
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40份、tio2纳米粒子10
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20份和助剂0.2
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1份，所述抗菌处理液包括以下重量份的原料：溶剂80
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90份、去离子水10
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20份、硝酸银溶液2
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6份、酚醛树脂40
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60份、偶联剂1
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5份和有机硅季铵盐1
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5份。
6.在一种优选的实施方式中，包括基材、混合添加液和抗菌处理液，所述混合添加液包括以下重量份的原料：磺化聚苯乙烯10
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14份、卵磷脂22
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23份、n,n
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二甲基乙酰胺33
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37份、tio2纳米粒子13
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17份和助剂0.4
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0.8份，所述抗菌处理液包括以下重量份的原料：溶剂83
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87份、去离子水13
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17份、硝酸银溶液3
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5份、酚醛树脂43
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47份、偶联剂2
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4份和有机硅季铵盐2
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4份。
7.在一种优选的实施方式中，包括基材、混合添加液和抗菌处理液，所述混合添加液包括以下重量份的原料：磺化聚苯乙烯12份、卵磷脂22.5份、n,n
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二甲基乙酰胺35份、tio2纳米粒子15份和助剂0.6份，所述抗菌处理液包括以下重量份的原料：溶剂85份、去离子水15份、硝酸银溶液4份、酚醛树脂50份、偶联剂3份和有机硅季铵盐3份。
8.在一种优选的实施方式中，所述基材为污水处理用碳纤维布，所述混合添加剂中助剂为壳聚糖、聚乙二醇、氯化锂、磷酸、十六醇中的任意一种。
9.在一种优选的实施方式中，所述抗菌处理液中溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、叔戊醇、dmf中的一种，所述偶联剂为正硅酸甲酯，所述硝酸银溶液的浓度为25%。
10.本发明还提供一种污水处理用碳纤维复合过滤膜的制备方法，具体制备步骤如下：步骤一：混合添加液的制备，按照上述重量份称取混合添加液的原料，将称取的磺化聚苯乙烯、卵磷脂和n,n
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二甲基乙酰胺投入到混合罐中，搅拌均匀再将称取的tio2纳米粒子和助剂投入到混合罐中，边搅拌边加入，混合均匀得到混合添加液；步骤二：将步骤一中得到的混合添加液与基材未成型前的料液进行搅拌混合，混合均匀后进行静电纺丝得到碳纤维过滤膜备用；步骤三：抗菌处理液的制备，按照上述重量份称取抗菌处理液的原料，将称取的溶剂、去离子水、偶联剂和有机硅季铵盐投入到混合罐中，搅拌混合均匀，向称取的酚醛树脂中加入甲醇，然后再加入硝酸银溶液，搅拌混合均匀后将甲醇在60
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80℃下减压除去，然后将硝酸银溶液和酚醛树脂混合液投入到混合罐中，搅拌均匀得到抗菌处理液备用；步骤四：将步骤三中得到的抗菌处理液倒入雾化发生器中，将步骤二中得到的碳纤维过滤膜以设定速度在雾化发生器的雾化端口平移，利用雾化发生器将抗菌处理液雾化喷洒在碳纤维过滤膜上；步骤五：将步骤四中雾化处理后的碳纤维过滤膜放在干燥箱中干燥，干燥完成后进行清洗烘干即可得到污水处理用碳纤维复合过滤膜。
11.在一种优选的实施方式中，所述步骤一中边搅拌边加入时搅拌速率为200
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400转/分钟，加入完成后搅拌速率为600
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800转/分钟，搅拌时间为30
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50分钟。
12.在一种优选的实施方式中，所述步骤二中纺丝参数设置为正高压18kv，负高压
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2.5kv，针头内径0.3毫米，纺丝液的推注速度为0.1毫米/分钟，接收滚筒和针头之间的距离为16厘米，接收滚筒转速100转/分钟，纺丝温度为25℃。
13.在一种优选的实施方式中，所述步骤四中碳纤维过滤膜平移速度为0.1
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0.8m/s，雾化发生器喷雾速度为0.008g/min，所述雾化发生器对碳纤维过滤膜为双面处理。
14.在一种优选的实施方式中，所述步骤五中干燥箱的温度为80
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100℃，干燥时间为20
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30分钟。
15.本发明的技术效果和优点：1、采用本发明的原料配方所制备出的污水处理用碳纤维复合过滤膜，在碳纤维布基材的基础上加入混合添加液，混合添加液中含有磺化聚苯乙烯、卵磷脂、n,n
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二甲基乙酰胺和tio2纳米粒子，磺化聚苯乙烯与卵磷脂的协同作用能够提高过滤膜的抗污染能力和过滤膜弹性，从而延长过滤膜的使用寿命，将tio2纳米粒子负载于碳纤维过滤膜上，tio2纳米粒子氧化能力强，化学性质稳定无毒，对污水中有机分子的吸附效果好，有富集作用，有机小分子污染物向tio2转移使得碳纤维过滤膜的吸附能力不断再生，本发明生产的碳纤维过滤膜具有较好的抗污性能和弹性，不仅对污水的处理效果更好，而且使用寿命较高，方便人们的使用；2、本发明将静电纺丝得到的碳纤维过滤膜经过抗菌处理液进行处理，抗菌处理液中含有硝酸银溶液、酚醛树脂和有机硅季铵盐，硝酸银溶液和酚醛树脂混合后能够使得银离子负载于碳纤维过滤膜上，银离子具有较高的抗菌性，而且在抗菌处理液中加入有机硅
季铵盐，有机硅季铵盐是阳离子表面活性剂,它具有耐高温、耐水洗、持久的效果、抑菌范围广等优点，经过抗菌处理液处理后的碳纤维过滤膜具有较好的抗菌效果。
具体实施方式
16.下面将结合本发明中的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
17.实施例1：本发明提供了一种污水处理用碳纤维复合过滤膜，包括基材、混合添加液和抗菌处理液，所述混合添加液包括以下重量份的原料：磺化聚苯乙烯8份、卵磷脂20份、n,n
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二甲基乙酰胺30份、tio2纳米粒子10份和助剂0.2份，所述抗菌处理液包括以下重量份的原料：溶剂80份、去离子水10份、硝酸银溶液2份、酚醛树脂40份、偶联剂1份和有机硅季铵盐1份。
18.在一种优选的实施方式中，所述基材为污水处理用碳纤维布，所述混合添加剂中助剂为壳聚糖、聚乙二醇、氯化锂、磷酸、十六醇中的任意一种。
19.在一种优选的实施方式中，所述抗菌处理液中溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、叔戊醇、dmf中的一种，所述偶联剂为正硅酸甲酯，所述硝酸银溶液的浓度为25%。
20.本发明还提供一种污水处理用碳纤维复合过滤膜的制备方法，具体制备步骤如下：步骤一：混合添加液的制备，按照上述重量份称取混合添加液的原料，将称取的磺化聚苯乙烯、卵磷脂和n,n
‑
二甲基乙酰胺投入到混合罐中，搅拌均匀再将称取的tio2纳米粒子和助剂投入到混合罐中，边搅拌边加入，混合均匀得到混合添加液；步骤二：将步骤一中得到的混合添加液与基材未成型前的料液进行搅拌混合，混合均匀后进行静电纺丝得到碳纤维过滤膜备用；步骤三：抗菌处理液的制备，按照上述重量份称取抗菌处理液的原料，将称取的溶剂、去离子水、偶联剂和有机硅季铵盐投入到混合罐中，搅拌混合均匀，向称取的酚醛树脂中加入甲醇，然后再加入硝酸银溶液，搅拌混合均匀后将甲醇在70℃下减压除去，然后将硝酸银溶液和酚醛树脂混合液投入到混合罐中，搅拌均匀得到抗菌处理液备用；步骤四：将步骤三中得到的抗菌处理液倒入雾化发生器中，将步骤二中得到的碳纤维过滤膜以设定速度在雾化发生器的雾化端口平移，利用雾化发生器将抗菌处理液雾化喷洒在碳纤维过滤膜上；步骤五：将步骤四中雾化处理后的碳纤维过滤膜放在干燥箱中干燥，干燥完成后进行清洗烘干即可得到污水处理用碳纤维复合过滤膜。
21.在一种优选的实施方式中，所述步骤一中边搅拌边加入时搅拌速率为300转/分钟，加入完成后搅拌速率为700转/分钟，搅拌时间为40分钟。
22.在一种优选的实施方式中，所述步骤二中纺丝参数设置为正高压18kv，负高压
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2.5kv，针头内径0.3毫米，纺丝液的推注速度为0.1毫米/分钟，接收滚筒和针头之间的距离为16厘米，接收滚筒转速100转/分钟，纺丝温度为25℃。
23.在一种优选的实施方式中，所述步骤四中碳纤维过滤膜平移速度为0.5m/s，雾化
发生器喷雾速度为0.008g/min，所述雾化发生器对碳纤维过滤膜为双面处理。
24.在一种优选的实施方式中，所述步骤五中干燥箱的温度为90℃，干燥时间为25分钟。
25.实施例2：与实施例1不同的是，污水处理用碳纤维复合过滤膜包括基材、混合添加液和抗菌处理液，所述混合添加液包括以下重量份的原料：磺化聚苯乙烯12份、卵磷脂22.5份、n,n
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二甲基乙酰胺35份、tio2纳米粒子15份和助剂0.6份，所述抗菌处理液包括以下重量份的原料：溶剂85份、去离子水15份、硝酸银溶液4份、酚醛树脂50份、偶联剂3份和有机硅季铵盐3份。
26.实施例3：与实施例1
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2均不同的是，污水处理用碳纤维复合过滤膜包括基材、混合添加液和抗菌处理液，所述混合添加液包括以下重量份的原料：磺化聚苯乙烯16份、卵磷脂25份、n,n
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二甲基乙酰胺40份、tio2纳米粒子20份和助剂1份，所述抗菌处理液包括以下重量份的原料：溶剂90份、去离子水20份、硝酸银溶液6份、酚醛树脂60份、偶联剂5份和有机硅季铵盐5份。
27.实施例4：一种污水处理用碳纤维复合过滤膜，包括基材和混合添加液，所述混合添加液包括以下重量份的原料：磺化聚苯乙烯8份、卵磷脂20份、n,n
‑
二甲基乙酰胺30份、tio2纳米粒子10份和助剂0.2份。
28.在一种优选的实施方式中，所述基材为污水处理用碳纤维布，所述混合添加剂中助剂为壳聚糖、聚乙二醇、氯化锂、磷酸、十六醇中的任意一种。
29.本发明还提供一种污水处理用碳纤维复合过滤膜的制备方法，具体制备步骤如下：步骤一：混合添加液的制备，按照上述重量份称取混合添加液的原料，将称取的磺化聚苯乙烯、卵磷脂和n,n
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二甲基乙酰胺投入到混合罐中，搅拌均匀再将称取的tio2纳米粒子和助剂投入到混合罐中，边搅拌边加入，混合均匀得到混合添加液；步骤二：将步骤一中得到的混合添加液与基材未成型前的料液进行搅拌混合，混合均匀后进行静电纺丝即可得到污水处理用碳纤维复合过滤膜。
30.在一种优选的实施方式中，所述步骤一中边搅拌边加入时搅拌速率为300转/分钟，加入完成后搅拌速率为700转/分钟，搅拌时间为40分钟。
31.在一种优选的实施方式中，所述步骤二中纺丝参数设置为正高压18kv，负高压
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2.5kv，针头内径0.3毫米，纺丝液的推注速度为0.1毫米/分钟，接收滚筒和针头之间的距离为16厘米，接收滚筒转速100转/分钟，纺丝温度为25℃。
32.实施例5：一种污水处理用碳纤维复合过滤膜，包括基材和抗菌处理液，所述抗菌处理液包括以下重量份的原料：溶剂80份、去离子水10份、硝酸银溶液2份、酚醛树脂40份、偶联剂1份和有机硅季铵盐1份。
33.在一种优选的实施方式中，所述基材为污水处理用碳纤维布。
34.在一种优选的实施方式中，所述抗菌处理液中溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁
醇、叔戊醇、dmf中的一种，所述偶联剂为正硅酸甲酯，所述硝酸银溶液的浓度为25%。
35.本发明还提供一种污水处理用碳纤维复合过滤膜的制备方法，具体制备步骤如下：步骤一：抗菌处理液的制备，按照上述重量份称取抗菌处理液的原料，将称取的溶剂、去离子水、偶联剂和有机硅季铵盐投入到混合罐中，搅拌混合均匀，向称取的酚醛树脂中加入甲醇，然后再加入硝酸银溶液，搅拌混合均匀后将甲醇在70℃下减压除去，然后将硝酸银溶液和酚醛树脂混合液投入到混合罐中，搅拌均匀得到抗菌处理液备用；步骤二：将步骤一中得到的抗菌处理液倒入雾化发生器中，将基材以设定速度在雾化发生器的雾化端口平移，利用雾化发生器将抗菌处理液雾化喷洒在基材上；步骤三：将步骤二中雾化处理后的碳纤维过滤膜放在干燥箱中干燥，干燥完成后进行清洗烘干即可得到污水处理用碳纤维复合过滤膜。
36.在一种优选的实施方式中，所述步骤二中碳纤维过滤膜平移速度为0.5m/s，雾化发生器喷雾速度为0.008g/min，所述雾化发生器对碳纤维过滤膜为双面处理。
37.在一种优选的实施方式中，所述步骤三中干燥箱的温度为90℃，干燥时间为25分钟。
38.分别取上述实施例1
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5所制得的污水处理用碳纤维复合过滤膜分别作为 实验组1、实验组2、实验组3、实验组4和实验组5，直接利用基材作为对 照组进行测试，分别测试选取产品的抗菌率和初始水通量。测量结果如表一：量。测量结果如表一：表一由表一可知，本发明生产的污水处理用碳纤维复合过滤膜相比较纯碳纤 维布的抗菌性能较好，实施例4和实施例5中分别为添加抗菌处理液和混合 添加液，实施例4和实
施例5生产的碳纤维复合过滤膜与实施例1相比抗菌 性能明显不足，说明在碳纤维布基材的基础上加入混合添加液，混合添加液 中含有磺化聚苯乙烯、卵磷脂、n,n
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二甲基乙酰胺和tio2纳米粒子，磺化聚 苯乙烯与卵磷脂的协同作用能够提高过滤膜的抗污染能力和过滤膜弹性，从 而延长过滤膜的使用寿命，将tio2纳米粒子负载于碳纤维过滤膜上，tio2纳 米粒子氧化能力强，化学性质稳定无毒，对污水中有机分子的吸附效果好， 有富集作用，有机小分子污染物向tio2转移使得碳纤维过滤膜的吸附能力不 断再生，抗菌处理液中含有硝酸银溶液、酚醛树脂和有机硅季铵盐，硝酸银 溶液和酚醛树脂混合后能够使得银离子负载于碳纤维过滤膜上，银离子具有 较高的抗菌性，而且在抗菌处理液中加入有机硅季铵盐，有机硅季铵盐是阳 离子表面活性剂,它具有耐高温、耐水洗、持久的效果、抑菌范围广等优点， 经过抗菌处理液处理后的碳纤维过滤膜具有较好的抗菌效果。
39.最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。