[发明专利]具有吸附/电催化/膜分离三重功能的炭膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种具有吸附/电催化/膜分离三重功能的炭膜及其制备方法，属于新型膜材料技术领域。本发明在电催化炭膜基础上提出采用具有吸附功能的多孔碳材料为前驱体制备炭膜，调节其多级孔道结构，调控其吸附和膜分离性能，同时在炭膜基体上负载催化剂，实现吸附/电催化/膜分离三重功能的一体化，设计制备出具有吸附/电催化/膜分离三重功能的炭基膜材料。利用该三重功能炭膜材料进行水源水的深度净化和废水的深度处理，其发达的孔隙结构能够有效吸附水中有机物分子、微生物和重金属等污染物，使其富集在膜表面和孔道内，同时结合膜分离和电催化氧化功能，将污染物分离、降解，达到深度净化的效果。

技术领域

本发明涉及一种具有吸附/电催化/膜分离三重功能的炭膜及其制备方法，属于新型膜材料技术领域。

背景技术

水是生命之源，是人们生产、生活必需的宝贵资源。然而，随着工业的快速发展和人口的迅速增长，目前我国很多地区的水源水都受到污染物的影响，成为微污染的水源水。尽管微污染水源水中污染物浓度很低，但由于其具有难降解、可生物积累等特性，对身体健康和生命安全造成了严重的影响。另一方面，工业废水和城市污水的回用在缓解淡水资源的短缺方面具有巨大的潜力，而当前经过二级处理的废水通常仍不能达到排放及回用标准的要求，主要问题是二级处理后水中仍残留有一些难生化降解有机物。目前为了有效去除微污染水源水和二次处理废水中的污染物，研究人员开展了大量的研究工作。

膜分离技术由于具有高效节能、环境友好等技术特点而被广泛应用，采用膜分离技术可以有效的去除水中的有毒有害物质，已成为水资源深度处理的核心技术。但不同的膜技术如微滤、超滤技术都存在着一定的局限性，无法单独达到水深度处理要求；反渗透技术虽然能够达到深度处理要求，但其所需的压力推动力较大，使得能耗较高，同时还面临着膜污染的问题。在实际的水深度处理过程中，通常采用将膜技术与活性炭或生物活性炭及高级氧化技术等组合应用，以达到降低能耗，提高处理效果目的，但此类组合工艺过程复杂且设备投资较高。以上种种原因导致了目前水的深度处理成本居高不下。

炭膜是一种新型的炭基膜材料，由于其不仅具有无机膜材料优异的热稳定性和化学稳定性，同时具有炭材料优良导电性能和发达孔隙结构的特点，引起了研究学者们的广泛关注。针对水处理过程中膜污染等问题，中国专利CN 101559332A提出将导电炭膜与电催化电极进行一体化设计，制备出具有电催化氧化功能的炭膜材料，应用于废水处理，结果表明该电催化炭膜具有自清洁功能，相比传统膜材料其处理效率得到很大提高，同时使得处理工艺简化，降低了能耗。

本发明在此电催化炭膜基础上提出采用具有吸附功能的多孔碳材料为前驱体制备炭膜，调节其多级孔道结构，调控其吸附和膜分离性能，同时在炭膜基体上负载催化剂，实现吸附/电催化/膜分离三重功能的一体化，设计制备出具有吸附/电催化/膜分离三重功能的炭基膜材料。利用该三重功能炭膜材料进行水源水的深度净化和废水的深度处理，其发达的孔隙结构能够有效吸附水中有机物分子、微生物和重金属等污染物，使其富集在膜表面和孔道内，同时结合膜分离和电催化氧化功能，将污染物分离、降解，达到深度净化的效果。由于该炭膜材料实现了吸附/电催化/膜分离三重功能一体化，大大简化水的深度处理工艺，节省设备投资，具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明在电催化炭膜基础上提出采用具有吸附功能的多孔碳材料为前驱体制备炭膜，调节其多级孔道结构，调控其吸附和膜分离性能，同时在炭膜基体上负载催化剂，实现吸附/电催化/膜分离三重功能的一体化，设计制备出具有吸附/电催化/膜分离三重功能的炭基膜材料。利用该三重功能炭膜材料进行水源水的深度净化和废水的深度处理，其发达的孔隙结构能够有效吸附水中有机物分子、微生物和重金属等污染物，使其富集在膜表面和孔道内，同时结合膜分离和电催化氧化功能，将污染物分离、降解，达到深度净化的效果。由于该炭膜材料实现了吸附/电催化/膜分离三重功能一体化，大大简化水的深度处理工艺，节省设备投资，具有广阔的应用前景。