公布日：2022.11.15
申请日：2022.07.12
分类号：C02F9/14(2006.01)I;C02F3/10(2006.01)I;C09D4/02(2006.01)I;C09D4/06(2006.01)I;C09D7/61(2018.01)I;C09D7/65(2018.01)I;
D01F9/16(2006.01)I
摘要
本发明属于污水处理技术领域，公开了一种一体化生活污水过滤膜及其制备方法，所述一体化生活污水过滤膜包括生活污水过滤膜基材和基材表面的等离子喷涂碳纳米涂料；所述制备方法包括：生活污水过滤膜基材的制备；生物质碳纤维的制备；基材表面的等离子喷涂碳纳米涂料的制备；一体化生活污水过滤膜的制备。本发明的一体化生活污水过滤膜的制备方法简单，制备得到的生活污水过滤膜不易受污染，稳定性好，通过生活污水过滤膜基材的聚滤层和分离滤层可以有效滤除固体杂质；通过活性炭层和吸附棉层吸收污水中的臭味和吸附污水中的颗粒型杂质，通过生物膜层对污水中有机物进行生物处理，提高洁净力度和工作效率，可以长期使用，降低了污水处理成本。
权利要求书
1.一种一体化生活污水过滤膜，其特征在于，所述一体化生活污水过滤膜包括生活污水过滤膜基材和基材表面的等离子喷涂碳纳米涂料；其中，所述生活污水过滤膜基材包括聚滤层、分离滤层、活性炭层、吸附棉层和生物膜层；所述生活污水过滤膜基材的表面为聚滤层，所述聚滤层底部与分离滤层连接，所述分离滤层底部与活性炭层连接，所述活性炭层底部与吸附棉层连接，所述吸附棉层底部与生物膜层连接；所述基材表面的等离子喷涂碳纳米涂料按照质量份数计，包括云母粉30-50份、生物质碳纤维20-40份、海藻酸钠15-20份、丙烯酰胺10-15份、硅酸酯8-12份、催化剂2-3份以及余量去离子水。
2.如权利要求1所述的一体化生活污水过滤膜，其特征在于，所述聚滤层由PVC材料制成，所述分离滤层由PTFE材料制成，所述分离滤层上粘合连接有PET无纺布。
3.如权利要求1所述的一体化生活污水过滤膜，其特征在于，所述硅酸酯是正硅酸四乙酯和硅酸异丙酯中的任意一种；所述催化剂是氨水、乙酸、盐酸和氯化铵中的任意一种。
4.如权利要求1所述的一体化生活污水过滤膜，其特征在于，所述一体化生活污水过滤膜外沿一体化连接有加厚边沿，所述加厚边沿用于与外部的夹持结构连接，对过滤膜整体进行固定。
5.一种应用如权利要求1-4任意一项所述的一体化生活污水过滤膜的一体化生活污水过滤膜的制备方法，其特征在于，所述一体化生活污水过滤膜的制备方法包括以下步骤：步骤一，进行生活污水过滤膜基材的制备：将聚滤层、分离滤层、活性炭层、吸附棉层和生物膜层依次连接，制得生活污水过滤膜基材，备用；步骤二，进行生物质碳纤维的制备：将芹菜热解制得生物质炭后，将生物质炭与硝化细菌菌液培养，粉碎，得生物质碳纤维；步骤三，进行基材表面的等离子喷涂碳纳米涂料的制备：将原料依次加入到丙酮溶液中混匀后，球磨，烧结，得等离子喷涂碳纳米涂料；步骤四，进行一体化生活污水过滤膜的制备：将所述基材表面的等离子喷涂碳纳米涂料超声分散后，利用等离子体发射器制得一体化生活污水过滤膜。
6.如权利要求5所述的一体化生活污水过滤膜的制备方法，其特征在于，所述步骤一中的生活污水过滤膜基材的制备包括：利用PVC材料进行聚滤层的制备，利用PTFE材料进行分离滤层的制备，并在制备得到的分离滤层上粘合连接PET无纺布；在聚滤层底部粘合连接分离滤层，在分离滤层底部粘合连接活性炭层，在活性炭层底部粘合连接吸附棉层，在吸附棉层底部粘合连接生物膜层；通过生活污水过滤膜基材的聚滤层和分离滤层滤除固体杂质，通过活性炭层和吸附棉层吸收污水中的臭味和吸附污水中的颗粒型杂质，通过生物膜层对污水中的有机物进行生物处理。
7.如权利要求5所述的一体化生活污水过滤膜的制备方法，其特征在于，所述步骤二中的生物质碳纤维的制备包括：将芹菜洗净碾碎后，置于氮气氛围中，设置气体流速，热解；热解后，研磨过筛，使用去离子水清洗，干燥，高压灭菌，得生物质炭；室温下将生物质炭与硝化细菌菌液混合均匀，使用氢氧化钠调节pH，转移至恒温振荡培养箱中培养，使用无菌生理盐水清洗，粉碎，得生物质碳纤维。
8.如权利要求7所述的一体化生活污水过滤膜的制备方法，其特征在于，所述气体流速为250-300mL/min，热解温度为450-550℃，热解时间为2-4h。
9.如权利要求5所述的一体化生活污水过滤膜的制备方法，其特征在于，所述步骤三中的基材表面的等离子喷涂碳纳米涂料的制备包括：按照质量份数分别称取云母粉、生物质碳纤维、海藻酸钠、丙烯酰胺、硅酸酯、催化剂以及去离子水；所述云母粉称取前过300-500目筛，所述生物质碳纤维的长径比为0.5-1G：1，含碳纤维束的直径为1-10μm；将云母粉、生物质碳纤维、海藻酸钠、丙烯酰胺和催化剂依次加入到丙酮溶液中，混合均匀后加入硅酸酯，再次搅拌，所述搅拌的速度为800-1200rpm，所述搅拌时间为40-60h，得混合基料；将所述混合基料在高能球磨机中球磨，干燥后研磨，过筛后，将过筛物压成片状，在650℃下烧结，得到基材表面的等离子喷涂碳纳米涂料。
10.如权利要求4所述的一体化生活污水过滤膜的制备方法，其特征在于，所述步骤四中的一体化生活污水过滤膜的制备包括：室温下，将制备得到的所述基材表面的等离子喷涂碳纳米涂料超声分散在去离子水中，设置温度为12-15℃，水浴0.5-1h，形成分散液；通过等离子体发射器将分散液在所述生活污水过滤膜基材表面形成碳纳米管涂层，在700℃第二次烧结，冷却后形成一体化生活污水过滤膜；将制得的所述一体化生活污水过滤膜转移至去离子水中浸泡洗涤20-40min，恒温恒湿干燥，得到最终的一体化生活污水过滤膜。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种一体化生活污水过滤膜及其制备方法。
本发明是这样实现的，一种一体化生活污水过滤膜，所述一体化生活污水过滤膜包括生活污水过滤膜基材和基材表面的等离子喷涂碳纳米涂料；
其中，所述生活污水过滤膜基材包括聚滤层、分离滤层、活性炭层、吸附棉层和生物膜层；所述生活污水过滤膜基材的表面为聚滤层，所述聚滤层底部与分离滤层连接，所述分离滤层底部与活性炭层连接，所述活性炭层底部与吸附棉层连接，所述吸附棉层底部与生物膜层连接；
所述基材表面的等离子喷涂碳纳米涂料按照质量份数计，包括云母粉30-50份、生物质碳纤维20-40份、海藻酸钠15-20份、丙烯酰胺10-15份、硅酸酯8-12份、催化剂2-3份以及余量去离子水。
进一步，所述聚滤层由PVC材料制成，所述分离滤层由PTFE材料制成，所述分离滤层上粘合连接有PET无纺布。
进一步，所述硅酸酯是正硅酸四乙酯和硅酸异丙酯中的任意一种；所述催化剂是氨水、乙酸、盐酸和氯化铵中的任意一种。
进一步，所述一体化生活污水过滤膜外沿一体化连接有加厚边沿，所述加厚边沿用于与外部的夹持结构连接，对过滤膜整体进行固定。
本发明的另一目的在于提供一种应用所述的一体化生活污水过滤膜的一体化生活污水过滤膜的制备方法，所述一体化生活污水过滤膜的制备方法包括以下步骤：
步骤一，进行生活污水过滤膜基材的制备：将聚滤层、分离滤层、活性炭层、吸附棉层和生物膜层依次连接，制得生活污水过滤膜基材，备用；
步骤二，进行生物质碳纤维的制备：将芹菜热解制得生物质炭后，将生物质炭与硝化细菌菌液培养，粉碎，得生物质碳纤维；
步骤三，进行基材表面的等离子喷涂碳纳米涂料的制备：将原料依次加入到丙酮溶液中混匀后，球磨，烧结，得等离子喷涂碳纳米涂料；
步骤四，进行一体化生活污水过滤膜的制备：将所述基材表面的等离子喷涂碳纳米涂料超声分散后，利用等离子体发射器制得一体化生活污水过滤膜。
进一步，所述步骤一中的生活污水过滤膜基材的制备包括：
利用PVC材料进行聚滤层的制备，利用PTFE材料进行分离滤层的制备，并在制备得到的分离滤层上粘合连接PET无纺布；
在聚滤层底部粘合连接分离滤层，在分离滤层底部粘合连接活性炭层，在活性炭层底部粘合连接吸附棉层，在吸附棉层底部粘合连接生物膜层；
通过生活污水过滤膜基材的聚滤层和分离滤层滤除固体杂质，通过活性炭层和吸附棉层吸收污水中的臭味和吸附污水中的颗粒型杂质，通过生物膜层对污水中的有机物进行生物处理。
进一步，所述步骤二中的生物质碳纤维的制备包括：
将芹菜洗净碾碎后，置于氮气氛围中，设置气体流速，热解；
热解后，研磨过筛，使用去离子水清洗，干燥，高压灭菌，得生物质炭；
室温下将生物质炭与硝化细菌菌液混合均匀，使用氢氧化钠调节pH，转移至恒温振荡培养箱中培养，使用无菌生理盐水清洗，粉碎，得生物质碳纤维。
进一步，所述气体流速为250-300mL/min，热解温度为450-550℃，热解时间为2-4h。
进一步，所述步骤三中的基材表面的等离子喷涂碳纳米涂料的制备包括：
按照质量份数分别称取云母粉、生物质碳纤维、海藻酸钠、丙烯酰胺、硅酸酯、催化剂以及去离子水；
将云母粉、生物质碳纤维、海藻酸钠、丙烯酰胺和催化剂依次加入到丙酮溶液中，混合均匀后加入硅酸酯，再次搅拌，得混合基料；
将所述混合基料在高能球磨机中球磨，干燥后研磨，过筛后，将过筛物压成片状，在650℃下烧结，得到基材表面的等离子喷涂碳纳米涂料。
进一步，所述云母粉称取前过300-500目筛，所述生物质碳纤维的长径比为0.5-1G：1，含碳纤维束的直径为1-10μm。
进一步，所述搅拌速度为800-1200rpm，所述搅拌时间为40-60h。
进一步，所述步骤四中的一体化生活污水过滤膜的制备包括：
室温下，将制备得到的所述基材表面的等离子喷涂碳纳米涂料超声分散在去离子水中，设置温度为12-15℃，水浴0.5-1h，形成分散液；
通过等离子体发射器将分散液在所述生活污水过滤膜基材表面形成碳纳米管涂层，在700℃第二次烧结，冷却后形成一体化生活污水过滤膜；
将制得的所述一体化生活污水过滤膜转移至去离子水中浸泡洗涤20-40min，恒温恒湿干燥，得到最终的一体化生活污水过滤膜。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提供的一体化生活污水过滤膜的制备方法简单，制备得到的生活污水过滤膜不易受污染，稳定性好，通过生活污水过滤膜基材的聚滤层和分离滤层可以有效滤除固体杂质；通过活性炭层和吸附棉层吸收污水中的臭味和吸附污水中的颗粒型杂质，通过生物膜层对污水中的有机物进行生物处理，提高了洁净力度和工作效率，可以长期使用，降低了污水处理成本。
由于生物质碳纤维巨大的比表面积及其很强的吸附能力，提高了污水中固体颗粒的吸附能力，特别在活性污泥与粉末活性炭界面之间的溶解氧和降解基质浓度有了很大幅度的提高，从而也提高了化学需氧量(COD)的降解去除率。一般来说生物质碳纤维在吸附处理COD的动态吸附容量的重量百分比可达100-350％。而且，生物质碳纤维能有效处理污水中难以降解的有毒有害的有机污染物质。
另外，本发明利用基材表面等离子喷涂碳纳米涂料致密的网络结构，能够极大的提高粉体对有机污物的截留能力，净水效果优良高效，并兼具优良的力学性能，不易破损。
（发明人：马立超;周衡志;韦莹;吴昊）