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一种应用于有机磷农药废水处理的改性PVDF膜的制备方法与流程

2022-08-10 16:20:09 来源:中国专利 TAG:
一种应用于有机磷农药废水处理的改性pvdf膜的制备方法
技术领域
1.本发明属涉及水处理技术领域,特别是一种应用于有机磷农药废水处理的改性pvdf膜的制备方法。


背景技术:

2.有机磷农药通常具有良好的稳定性,部分有毒有害的有机磷农药分子被进入到废水处理系统中,难以进行生化处理,只能通过高级氧化,如芬顿氧化、臭氧氧化等方式进行处理,例如:cn 106116064a报道了一种农药废水处理装置及农药废水处理方法,通过中和、生化氧化、臭氧氧化等工艺,解决了生化系统抗冲击能力差的问题。
3.膜生物反应器(mbr)是一种新型的水处理技术,通过富集污泥或菌种,对污水和污泥进行分离,在高有机负荷条件下,提升对工业废水的处理效果,mbr技术已经被广泛应用于农化企业的污水处理中。目前,市场上性价比较高的mbr膜,主要材质为聚偏氟乙烯(pvdf)材料。在mbr膜系统处理有机磷农药废水工艺中,存在一些缺陷,如纯pvdf材料存在易老化、过滤功能单一、抗污染性差,农药废水中有机磷去除率低,从而导致出水cod、氨氮、总磷偏高,后续废水处理工艺复杂、处理成本高。
4.因此,如何获得高性能的改性pvdf膜,提升对有机磷农药废水的处理效果,已成为农化废水处理领域的研究热点。


技术实现要素:

5.本发明的目的在于:提供一种应用于有机磷农药废水处理的改性pvdf膜的制备方法。
6.本发明的技术解决方案是:首先,将一定量的nh
2-uio-66和乳化剂dns-86加入到去离子水中,超声反应20-30分钟,制得溶液a,其中,nh
2-uio-66和乳化剂dns-86的质量比控制1:1-1:1.5,nh
2-uio-66在水溶液中的质量浓度控制30-50 g/l;其次,将石墨烯和mn(ac)2,加入到一定量去离子水中,搅拌反应30-45分钟,加入溶液a,继续搅拌30分钟,制得溶液b;再次,向溶液b中,缓慢滴加一定量浓度为0.2mol/l的kmno4溶液,搅拌反应,转移至反应釜中,加入1,1-二氟乙烯,控制反应温度85-95oc,反应时间控制24-36h,制得混合液c,经分离、无水乙醇洗涤三遍、负压干燥后,得到固体颗粒d;然后,将一定量的纯pvdf溶于n,n-二甲基甲酰胺(dmac)溶剂中,搅拌反应4-6h,至pvdf完全溶解,加入一定量的固体颗粒d,经超声反应30-45分钟后,脱泡,制得改性pvdf铸膜液e,同时将一定量的纯pvdf材料溶于dmac溶剂中,经搅拌4-6h、脱泡,制备纯pvdf铸膜液f;最后,按照常规纺丝工艺,在编织管表面涂覆纯pvdf铸膜液f和改性pvdf铸膜液e,经凝胶浴分相成膜,转移至去离子水中静置48-72h,经晾干,制得应用于有机磷农药废水处理的改性pvdf膜。
7.本技术方案的原理如下:乳化剂dns-86具有多种官能团,其中,dns-86中的官能团-so3连接nh
2-uio-66的官能团-nh2;通过水热反应,kmno4与mn(ac)2、h2o反应,形成mno2纳
米颗粒,kmno4同时与部分石墨烯作用,在石墨烯的表面形成-oh、-cooh等官能团,dns-86中的官能团烯基与1,1-二氟乙烯发生聚合反应,形成聚偏氟乙烯、mno2纳米颗粒、改性石墨烯、乳化剂dns-86及nh
2-uio-66的有机改性固体颗粒d,与pvdf相容性良好,该颗粒d表面含有大量亲水官能团,具有很强的亲水性能。通过pvdf膜制备工艺,在编织管外先涂覆纯pvdf层,再涂覆改性pvdf层,即在编织管外,形成纯pvdf膜层和改性pvdf膜层。
8.纯pvdf膜起常规分离作用,改性pvdf膜包括nh
2-uio-66、乳化剂dns-86、改性石墨烯、mno2纳米颗粒及pvdf,改性pvdf膜具有催化降解功能,降解原理如下:将改性pvdf膜制成mbr膜组件,当mbr膜系统运行时,污泥和含有机磷农药分子被吸附到mbr膜丝表面,改性石墨烯和nh
2-uio-66,具有较大的比表面积,可有效吸附有机磷农药分子,mno2纳米颗粒、nh
2-uio-66与有机磷农药分子发生催化降解反应,大分子有机磷农药分子被降解成小分子有机物,再通过膜池中的微生物降解反应,从而降低了废水的cod、氨氮、总磷等指标,废水经改性pvdf膜及纯pvdf膜分离,经编织管流出,形成mbr膜产水,其它悬浮物(ss)颗粒被截留在pvdf膜之外,残留在mbr膜池中。
9.其中,nh
2-uio-66和乳化剂dns-86的质量比控制1:1-1:1.5,确保有足量乳化剂dns-86与nh
2-uio-66发生反应,对nh
2-uio-66起到改性作用,nh
2-uio-66在水溶液中的质量浓度控制30-50 g/l;其中,mn(ac)2与石墨烯的质量比为5:1-4:1、nh
2-uio-66与mn(ac)2的质量比为3:1-5:1、kmno4与mn(ac)2的摩尔比为2:1-2.5:1,反应生成mno2,多余kmno4与石墨烯能发生氧化反应,在石墨烯表面产生-oh、-cooh等亲水性官能团,进而提升改性pvdf膜的亲水性能;其中,1,1-二氟乙烯与nh
2-uio-66的摩尔比为4:1-6:1,确保nh
2-uio-66中的烯烃官能团与1,1-二氟乙烯发生聚合反应,增强后续与pvdf的相溶性;其中,纯pvdf占dmac的质量浓度控制190-210 g/l,有机改性的固体颗粒d占pvdf的质量比例优选5%-10%,固体颗粒d添加量低于5%,对有机磷农药废水的催化降解效果不明显,固体颗粒d添加量大于10%,则两者混合效果变差,固体颗粒的“团聚”现象明显,改性pvdf膜内部孔径分布均一性下降,出现大孔,抗污染性能下降。
10.本发明的优点如下:其一、乳化剂dns-86、nh
2-uio-66、mno2纳米颗粒、1,1-二氟乙烯、改性石墨烯与pvdf形成复合体结构,直接与含磷有机农药反应,降解含有机磷农药分子,从而降低了废水cod、氨氮及总磷等指标;其二、所制备的复合膜包括改性pvdf层和纯pvdf层,克服了常规pvdf膜的耐候性差、易污堵等缺陷。
具体实施方式
11.下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术解决方案,这些实施例不能理解为是对技术解决方案的限制。
12.实施例1首先,将5g nh
2-uio-66和5g乳化剂dns-86加入到100 ml去离子水中,超声反应30分钟,制得溶液a;其次,将0.2g石墨烯和1g mn(ac)2,加入到20ml去离子水中,搅拌反应30分钟,加入溶液a,继续搅拌30分钟,制得溶液b;再次,向溶液b中,缓慢滴加58ml浓度为0.2mol/l的kmno4溶液,搅拌反应,转移至
反应釜中,加入0.7g 1,1-二氟乙烯,控制反应温度85oc,反应时间控制48h,制得混合液c,经分离、无水乙醇洗涤三遍、负压干燥后,得到固体颗粒d;然后,将21g纯pvdf溶于100ml n,n-二甲基甲酰胺(dmac)溶剂中,搅拌反应6h,至pvdf完全溶解,加入2.1g固体颗粒d,经超声反应45分钟后,脱泡,制得改性pvdf铸膜液e,同时将21g纯pvdf材料溶于100ml dmac溶剂中,经搅拌6h、脱泡,制备纯pvdf铸膜液f;最后,按照常规纺丝工艺,在编织管表面涂覆纯pvdf铸膜液f和改性pvdf铸膜液e,经凝胶浴分相成膜,转移至去离子水中静置72h,经晾干,制得应用于有机磷农药废水处理的改性pvdf膜。
13.实施例2首先,将3g nh
2-uio-66和4.5g乳化剂dns-86加入到100 ml去离子水中,超声反应20分钟,制得溶液a;其次,将0.25g石墨烯和1g mn(ac)2,加入到20ml去离子水中,搅拌反应30分钟,加入溶液a,继续搅拌30分钟,制得溶液b;再次,向溶液b中,缓慢滴加72ml浓度为0.2mol/l的kmno4溶液,搅拌反应,转移至反应釜中,加入1.1g 1,1-二氟乙烯,控制反应温度90oc,反应时间控制24h,制得混合液c,经分离、无水乙醇洗涤三遍、负压干燥后,得到固体颗粒d;然后,将19g纯pvdf溶于100ml dmac溶剂中,搅拌反应4h,至pvdf完全溶解,加入0.95g固体颗粒d,经超声反应30分钟后,脱泡,制得改性pvdf铸膜液e,同时将19g纯pvdf材料溶于100ml dmac溶剂中,经搅拌4h、脱泡,制备纯pvdf铸膜液f;最后,按照常规纺丝工艺,在编织管表面涂覆纯pvdf铸膜液f和改性pvdf铸膜液e,经凝胶浴分相成膜,转移至去离子水中静置48h,经晾干,制得应用于有机磷农药废水处理的改性pvdf膜。
14.实施例3首先,将4g nh
2-uio-66和5g乳化剂dns-86加入到100 ml去离子水中,超声反应20分钟,制得溶液a;其次,将0.2g石墨烯和1g mn(ac)2,加入到20ml去离子水中,搅拌反应30分钟,加入溶液a,继续搅拌30分钟,制得溶液b;再次,向溶液b中,缓慢滴加65ml浓度为0.2mol/l的kmno4溶液,搅拌反应,转移至反应釜中,加入0.9g 1,1-二氟乙烯,控制反应温度88oc,反应时间控制36h,制得混合液c,经分离、无水乙醇洗涤三遍、负压干燥后,得到固体颗粒d;然后,将20g纯pvdf溶于100ml dmac溶剂中,搅拌反应4h,至pvdf完全溶解,加入1.5g固体颗粒d,经超声反应35分钟后,脱泡,制得改性pvdf铸膜液e,同时将20g纯pvdf材料溶于100ml dmac溶剂中,经搅拌4h、脱泡,制备纯pvdf铸膜液f;最后,按照常规纺丝工艺,在编织管表面涂覆纯pvdf铸膜液f和改性pvdf铸膜液e,经凝胶浴分相成膜,转移至去离子水中静置60h,经晾干,制得应用于有机磷农药废水处理的改性pvdf膜。
15.实施例4首先,将5g nh
2-uio-66和5g乳化剂dns-86加入到100 ml去离子水中,超声反应30分钟,制得溶液a;
其次,将0.2g石墨烯和1g mn(ac)2,加入到20ml去离子水中,搅拌反应30分钟,加入溶液a,继续搅拌30分钟,制得溶液b;再次,向溶液b中,缓慢滴加58ml浓度为0.2mol/l的kmno4溶液,搅拌反应,转移至反应釜中,加入0.7g 1,1-二氟乙烯,控制反应温度85oc,反应时间控制48h,制得混合液c,经分离、无水乙醇洗涤三遍、负压干燥后,得到固体颗粒d;然后,将20g纯pvdf溶于100ml dmac溶剂中,搅拌反应6h,至pvdf完全溶解,加入2.2g固体颗粒d,经超声反应30分钟后,脱泡,制得改性pvdf铸膜液e,同时将20g纯pvdf材料溶于100ml dmac溶剂中,经搅拌6h、脱泡,制备纯pvdf铸膜液f;最后,按照常规纺丝工艺,在编织管表面涂覆纯pvdf铸膜液f和改性pvdf铸膜液e,经凝胶浴分相成膜,转移至去离子水中静置72h,经晾干,制得应用于有机磷农药废水处理的改性pvdf膜。
16.实施效果:改性pvdf膜和纯pvdf膜经过封装、组装成改性mbr膜组件和常规mbr膜组件。某农药厂的有机磷农药废水,经过常规酸解、厌氧、缺氧、好氧等工艺,进入mbr池,mbr池中置入改性pvdf膜组件和纯pvdf膜组件。废水经膜组件底部曝气装置进行曝气,分别对膜池的废水与膜组件的出水进行检测,cod、氨氮及总磷值及膜组件的跨膜压差均值,结果如下:表1 膜组件对有机磷农药废水的降解效果
检测指标mbr膜池水样纯pvdf膜组件产水实施例1改性pvdf膜组件产水实施例2改性pvdf膜组件产水实施例3改性pvdf膜组件产水实施例4改性pvdf膜组件产水cod/mg/l260180152165155190nh
3-nmg/l2.631.531.221.421.312.1总磷mg/l1.30.70.520.610.560.9跨膜压差/kpa运行90天3025262530跨膜压差/kpa运行180天3532333235
由表1可见:纯pvdf膜组件产水的cod去除率约为30%,nh
3-n去除率约为42%,总磷去除率为46%;实施例1、实施例2和3采用的改性pvdf膜组件产水cod去除率约为36%-41%,nh
3-n去除率约为46%-54%,总磷去除率约为53%-60%,改性pvdf膜组件的性能较纯pvdf膜组件均有所提升,跨膜压差结果显示:改性pvdf膜组件的抗污堵性能较纯pvdf也有显著提升。
17.在实施例4中,当固体颗粒d添加量达到11%时,改性pvdf膜组件产水cod去除率约为27%,nh
3-n去除率约为20%,总磷去除率约为30%,表明固体颗粒d添加量增大,对cod、nh
3-n和总磷的去除率效果反而变差,跨膜压差结果显示:改性pvdf膜组件的抗污堵性能与纯pvdf基本没有变化。
再多了解一些

本文用于企业家、创业者技术爱好者查询,结果仅供参考。

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