一种GO-PSF复合膜选择层及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种GO-PSF复合膜选择层及其制备方法和应用，属于污水处理技术领域。

背景技术

膜生物反应器（MBR）已成为当今最流行的污水处理技术之一。它将污染物的生物降解和微生物的膜分离融为一体，占地面积小、污染物排放浓度低、运行平稳、水质好是MBR的主要优点。

MBR在运行过程中会受到微生物不同程度的污染，微生物污染主要是指微生物及其代谢产物在膜表面的吸附集聚，形成生物膜。微生物被吸附后在膜内、膜表面迅速生长、繁殖，造成膜通量下降，需要通过频繁的反洗来恢复通量，易使得膜的结构破坏，膜使用寿命降低。

聚砜（PSF）膜具有强度高、热稳定性好、抗氧化性好、耐氯性好、除油效果好等优点，广泛应用于含油废水和其他污染物的深度处理，该聚合物易溶于N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）、N，N-二甲基乙酰胺（DMAC），因此，聚砜经常被用作制膜材料,由于聚砜的疏水性，聚砜膜的表面容易受到污染。

随着膜污染的问题被人们日益关注，利用膜的表面改性的方法来降低膜污染。马聪等人通过共混的方式制备了不同氧化石墨烯（GO）含量的PVDF共混超滤膜，通过抑菌性实验、阻力分析测试等考察了GO掺杂对PVDF膜抑菌性能及抗生物污染性能的影响，取得了较好的抗污染效果。

然而，膜的抗污染性能很大程度上由表面的物化性质决定，共混膜中，大部分GO存在于膜的内部，并不增加抗污染性能，而由于GO的加价格，大大增加了膜的成本。因此，使用复合薄膜技术，将GO控制在膜表面能在不影响抗污染性能的情况下，降低膜成本。

然而，复合薄膜技术（旋涂、界面聚合等）会减小基膜孔径，降低膜通量，并不用于MBR。因此，需要通过预处理技术保护基膜的膜孔，防止复合薄膜层的聚合物渗入而导致膜孔被堵。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种GO-PSF复合膜选择层及其制备方法和应用，增强了膜的亲水性，降低了膜污染，延长了膜的使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明提供一种GO-PSF复合膜选择层的制备方法，包括：

取聚砜（PSF）颗粒加入到二甲基乙酰胺溶液中，加入氧化石墨烯（GO）颗粒，超声后磁力搅拌至铸膜液灰色透明；

将基膜浸泡在甘油中，保存备用；

将基膜取出，去除膜表面多余的甘油，保持膜表面干燥；

利用相转化法，使上述的铸膜液在上述处理好的基膜表面成膜，洗净后保存在去离子水中。

优选地，所述聚砜颗粒加入到二甲基乙酰胺溶液前放入真空干燥箱80℃干燥10h。

优选地，所述聚砜在铸膜液中的质量分数为10-15wt%。

优选地，所述GO在铸膜液中的质量分数为0.02-0.1 wt%。

优选地，所述超声时间为1-3h。

优选地，在60℃的温度下磁力搅拌。

本发明还提供一种上述的方法制备得到的GO-PSF复合膜选择层。

本发明还提供一种上述的GO-PSF复合膜选择层在膜生物反应器中的应用。

本发明所达到的有益效果：

（1）选择GO作为抗污染改性剂，利用GO的羟基、羧基、羰基和环氧官能团，增强膜的亲水性，降低膜污染，延长了膜的使用寿命。

（2）由于GO成本较高，制备含GO的复合薄膜，以PSF为基膜，GO-PSF作为选择层。基膜与选择层都使用PSF，可提高相容性，不易脱层。

（3）由于直接在基膜表面刮膜，膜孔易堵，使得通量急剧下降，故使用甘油浸泡基膜。留在膜孔中的甘油可避免刮膜时GO-PSF膜液的渗入，保护膜孔，减少膜孔的堵塞，以维持一定的通量。

附图说明

图1为本发明公开的GO-PSF复合膜试验流程图；

其中，1-次氯酸钠，2-蠕动泵，3-污水，4-膜，5-隔膜泵，6-真空表，7-反洗系统，8-抽滤系统，9-集水口，10-膜组件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明一种GO-PSF复合膜选择层的制备方法：将聚砜在真空烘箱中干燥10h，将一定量的干燥聚合物聚砜（8-15wt%，以下均为质量分数）、添加剂GO（0.02-0.1 wt%）和溶剂二甲基乙酰胺放入锥形瓶中，超声波作用1-3h，在60℃温度下用磁力搅拌溶解，直至铸膜液呈透明灰色，静置去泡。将浸有甘油的基膜（PSF）取出，除去多余的甘油，固定在玻璃板表面，用滤纸吸去表面的甘油，将铸膜液倒在湿膜制备装置前，使用不同厚度（50um，100um，150um）的刮刀将铸膜液均匀刮在基膜（PSF）表面，将玻璃板快速浸入水中，聚合物相变形成复合薄膜，洗净后静置在去离子水中备用。

如图1所示：膜组件10在污水用隔膜泵6抽滤，污水从膜4的集水口9流出，膜4上截留颗粒和微生物吸附从而降低通量。

如图1所示：膜4污染后经过反洗系统7，用蠕动泵2抽取次氯酸钠1通过集水口9进行反洗。

实施例1：

将聚砜在80℃真空烘箱中干燥10h，将聚砜（10wt%）、GO（0.025 wt%）和溶剂二甲基乙酰胺混合加入锥形瓶中，超声波作用120min，在室温下用磁力搅拌溶解，直至溶解铸造液呈透明灰色，静置10h。将浸有甘油的商业膜（PSF）取出，使用50um和100um的刮刀在PSF基膜上制膜。

实施例2：

进行抗污染实验，利用隔膜泵抽运行4-5h，使膜快速污染，通量降至初始通量的66.67%。配置0.2%次氯酸钠溶液，反洗2分钟，继续测试水通量，未经过GO改性的膜通量升至初始通量的77.83%；50um的GO-PSF膜的通量升至初始通量的88.83%，100um的GO-PSF膜的通量升至初始通量的和92.37%。可见，通过GO-PSF复合膜的制备，膜的抗污染性能提升。

实施例3：

将干燥的商业膜（PSF）取出，将GO-PSF铸膜液用刮刀在PSF基膜上制膜，将制备的膜安装在压滤实验装置，0.5MPa的压力下清水过滤测试膜通量与基膜相比，下降了85.5%，表明膜孔堵塞严重，已经不适用于MBR。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。