碳纤维催化臭氧氧化复合分离膜及其制备方法和应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108525527A(43)申请公布日2018.09.14(21)申请号201810164842.9C02F1/44(2006.01)(22)申请日2018.02.27C02F1/78(2006.01)C02F1/28(2006.01)(71)申请人北京市水科学技术研究院C02F101/30(2006.01)地址100048北京市海淀区车公庄西路21号(72)发明人马宁李其军郝仲勇王培京顾华(74)专利代理机构北京北新智诚知识产权代理有限公司11100代理人刘茵(51)Int.Cl.B01D71/02(2006.01)B01D69/12(2006.01)B01D69/02(2006.01)B01D67/00(2006.01)权利要求书1页说明书9页附图2页(54)发明名称碳纤维催化臭氧氧化复合分离膜及其制备方法和应用(57)摘要一种碳纤维催化臭氧氧化复合分离膜及其制备方法和应用，该复合分离膜由碳纤维复合材料彼此交错构成，碳纤维复合材料为碳纤维上负载氧化钛和/或氧化硅，碳纤维与氧化钛和/或氧化硅的质量比为1∶0.04～0.49；碳纤维复合材料的直径为200～1000nm，分离膜的厚度为200～700μm，膜孔径范围为20～150nm。其制备方法是利用电纺丝法首先制备含氧化钛和/或氧化硅前驱体的聚丙烯腈基纤维复合分离膜，然后经过预氧化和惰性气体保护下高温碳化处理。该复合分离膜具有较高的催化臭氧氧化性能和优良的膜渗透性能，并实现了对污水和再生水同时进行催化臭氧氧化分解与膜截留过滤分离污染物的一体化深度净化功能。CN108525527ACN108525527A权利要求书1/1页1.一种碳纤维催化臭氧氧化复合分离膜，其特征在于，其是由碳纤维复合材料彼此交错构成分离膜，该碳纤维复合材料为碳纤维上负载氧化钛和/或氧化硅，碳纤维与氧化钛和/或氧化硅的质量比为1∶0.04～0.49；碳纤维复合材料的直径为200～1000nm，分离膜的厚度为200～700μm，膜孔径范围为20～150nm。2.如权利要求1所述的碳纤维催化臭氧氧化复合分离膜，其特征在于，所述碳纤维是由聚丙烯腈纤维烧结而成。3.如权利要求1所述的碳纤维催化臭氧氧化复合分离膜，其特征在于，所述碳纤维复合材料是由含有氧化钛和/或氧化硅前驱体的聚丙烯腈纤维烧结而成。4.如权利要求1所述的碳纤维催化臭氧氧化复合分离膜，其特征在于，所述氧化钛前驱体为钛醇盐，所述氧化硅前驱体为硅醇盐；优选地，所述钛醇盐为钛酸四丁酯或异丙醇钛，所述硅醇盐为正硅酸甲酯或正硅酸乙酯。5.权利要求1-4中任一项所述碳纤维催化臭氧氧化复合分离膜的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：I.配制复合纺丝液将聚丙烯腈、氧化钛和/或氧化硅前驱体和N，N-二甲基甲酰胺均匀混合，其中，聚丙烯腈的质量百分比为6％～18％，氧化钛和/或氧化硅前驱体的质量百分比为1％～9％，余量为N，N-二甲基甲酰胺；II.制备聚丙烯腈基纤维膜采用电纺丝方法将步骤I配制的复合纺丝液制成聚丙烯腈基纤维膜，聚丙烯腈基纤维的直径为250～2000nm，制备每平米纤维膜，复合纺丝液的用量为100～250mL；III.热处理干燥和炭化将步骤II制备的聚丙烯腈基纤维膜加热干燥，然后于150～280℃保温0.5～5h，进一步通入惰性气体，升温至600～1000℃保温0.5～5h，降至室温，即得碳纤维催化臭氧氧化复合分离膜。6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤II的具体操作如下：将步骤I配制的复合纺丝液加入到电纺丝仪的料液器中，料液器安装有针状金属喷嘴；电纺丝仪的操作条件为：料液器推动速度为1～2mL/h，纺丝电压为10～20千伏，喷嘴与接收板的距离为9～16cm，制备每平米纤维膜复合纺丝液的用量为100～250mL。7.一种碳纤维催化臭氧氧化复合分离膜，其特征在于，其是采用权利要求5或6所述的方法制备的。8.权利要求1-4或7中任一项所述的碳纤维催化臭氧氧化复合分离膜在去除污水中有毒有害污染物领域的应用，其特征在于，用所述碳纤维催化臭氧氧化复合分离膜对待净化水体同时进行界面吸附、截留过滤和催化臭氧氧化。9.如权利要求8所述的应用，其特征在于，所述待净化水体为微污染地表水、水源水或再生水。10.如权利要求8或9所述的应用，其特征在于，所述应用的具体方法为：将待处理污水通过复合分离膜，膜两侧的压差为0.02～0.20MPa，复合分离膜对水中有机污染物进行吸附和截留分离；同时进行臭氧曝气，复合分离膜层被激活产生羟基自由基等活性物质，从而在膜吸附的同时截留物质发生氧化还原反应实现降解。2CN108525527A说明书1/9页碳纤维催化臭氧氧化复合分离膜及其制备方法和应用技术领域