一种基于多壁碳纳米管修饰超滤膜深度处理饮用水中抗生素的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多壁碳纳米管修饰超滤膜深度处理饮用水中抗生素的方法,包括以下步骤：步骤一，水初步处理，得到预处理的水；步骤二，预处理的水经多壁碳纳米管修饰超滤膜过滤；步骤三，用反渗透法去除抗生素，并加入阻垢剂，得到符合标准的饮用水。所述多壁碳纳米管修饰超滤膜的制备方法为:首先制得官能化的多壁碳纳米管，再将膜基材溶解在溶剂中，加入表面活性剂、致孔剂以及多壁碳纳米管，用静电纺丝技术制成超滤膜，再附加聚酰胺阻隔层和防污层。本发明专利技术制得的高通量超滤膜，结合反渗透法，可轻松除掉水中的抗生素类小分子物质，应用本发明专利技术方法进行饮用水的处理，不仅处理工艺简单，处理效果好，而且成本低，适合推广实施。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及饮用水处理
，具体是涉及一种基于多壁碳纳米管修饰超滤膜深度处理饮用水中抗生素的方法。
技术介绍
随着工业化进程的推进，水环境污染与水资源短缺已成为世界范围突出的难题，严重制约着社会经济的可持续发展。饮用水是人类生存的基本需求，也是传播疾病的重要媒介。随着人民生活水平的不断提高，人们对饮用水质量的要求也越来越高。关注水质，关注饮水与健康是适应时代的发展需要。在我国，随着经济的不断发展，城市化进展迅速，生活污水的排放量急剧增加，然而在我国的600多座城市中，有近一半的城市没有污水处理能力，大量的生活污水被直接排入水体，含有人畜排泄物的生活污水，携带大量的病原微生物进入水源，直接威胁饮用水的安全，威胁人们的身体健康。当前饮用水中的病原微生物污染，仍是我国最大的危害人们健康的问题之一。抗生素的大量使用甚至是滥用所导致的环境污染问题日趋严重，通过抗生素的选择性压力，诱导动物体内微生物或进入环境后诱导环境微生物所产生的抗生素抗性基因污染，严重威胁生态环境安全和人类健康。ARGs可通过质粒、整合子-基因盒、转座子等可移动的基因元件在同种或不同种菌群中进行水平基因转移，在环境中具有持久性和可复制性，被认为是一种新型环境污染物。世界卫生组织(WHO)将ARGs作为21世纪威胁人类健康的最重大挑战之一，并宣布将在全球范围进行战略部署控制ARGs的传播和扩散。我国是抗生素生产和使用大国，在我国的不同水体和水环境中普遍检测到高浓度的ARGs。而抗生素属于小分子物质，一般的过滤根本无法除掉。所以寻找能有效处理水源、净化水源的高科技处理技术是亟需解决的关键问题。其中，碳纳米管由于具有特殊的结构特征及其良好的机械性、热稳定性、吸附性和抗菌性等，在各领域受到了广泛的应用。水处理领域中，碳纳米管可作为吸附剂、催化剂以及碳纳米管过滤器等使用。近年来，利用碳纳米管对分离膜进行改性以提高膜的亲水性、灭菌性以及抗污染能力的研究报告逐渐增多。采用多壁碳纳米管对超滤膜进行修饰，是一种简单、快捷、方便的膜表面改性方法，有助于改善有机超滤膜的表面抗污染性能，提高有机超滤膜的耐氧化性，并降低碳纳米管在环境中生态风险。此外，采用多壁碳纳米管对超滤膜进行改性，碳纳米管自身具有的局部抗菌性、吸附性、催化性等优点不会受到破坏。因此，将多壁碳纳米管对超滤膜进行修饰，并结合反渗透法用以处理饮用水中的抗生素是一个很有前景的研究方向。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供一种基于多壁碳纳米管修饰超滤膜深度处理饮用水中抗生素的方法，深度处理水体中残留的抗生素类小分子物质，工艺简单，净化效果好，成本低。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于多壁碳纳米管修饰超滤膜深度处理饮用水中抗生素的方法,包括以下步骤：步骤一，水初步处理：除去悬浮物，进行臭氧预氧化处理，臭氧投加量不低于0.5～3g/m3，再经活性炭吸附，得到预处理的水；步骤二，预处理的水经多壁碳纳米管修饰超滤膜过滤：预处理的水用步骤一制备的多壁碳纳米管修饰超滤膜组成的膜设备系统进行超滤，控制压力为200～800Kpa，滤掉大分子成分，得到只含有抗生素类小分子的透过液；步骤三，用反渗透法去除抗生素：将含有抗生素类小分子的透过液置于反渗透设备中进行反渗透，并加入阻垢剂，所述阻垢剂是将HCL气体鼓吹入N-二烯丙基-3-丙胺的冷却水溶液中，得到N-二烯丙基-3-丙基氯化铵，在进行环化得到阳离子聚电解质聚丙基氯化铵，再经聚丙烷磷酸酸性水解，得到阴离子电解质，再加入0.01％的马来酸酐和0.5％的羟基乙叉二膦酸，浓缩至0.2～1.5％，即制得所述阻垢剂，加入阻垢剂可以去除水中的钙镁离子，降低硬度，防止膜表面结垢，提高通量，将抗生素类小分子在反渗透膜的低压区富集，高压区即为符合标准的饮用水。进一步地，在上述方案中，所述多壁碳纳米管修饰超滤膜由如下组分制成：12～27份膜基材、0.1～4份多壁碳纳米管、0.02～1.1份膜添加剂、0.5～2份阻隔层成分、0.08～1份防污层成分、5～20份分散剂、72～90份溶剂、0.05～0.3份表面活性剂、2～10份致孔剂，所述膜基材选自以下聚合物中的任意一种或多种：氮化硅、聚亚苯基氧化物、聚苯并恶唑、聚酰肼、聚甲亚胺、聚对苯二甲酸乙酯、聚喹喔啉、聚缩醛，所述防污层的主要成分为多巴胺和防污聚合物，所述阻隔层成分为均苯三甲酰氯和间苯二胺；进一步地，所述多壁碳纳米管修饰超滤膜的制备方法为：(1)将多壁碳纳米管与膜添加剂溶解到分散剂中，形成均匀的多壁碳纳米管溶液，经真空冷冻浓缩，蒸发，得到官能化的多壁碳纳米管；(2)将膜基材溶解在所述溶剂中，再加入表面活性剂、致孔剂以及上述修饰的多壁碳纳米管，磁力搅拌共混，用静电纺丝技术制成超滤膜，在电纺丝过程中施加的电场电位可从15到40千伏之间变化，优选20至30千伏，集电极与喷丝头之间的距离为8～16cm，优选10至12厘米，溶液流速在20至45微升/分钟，优选25至35微升/分钟；(3)用等摩尔比的均苯三甲酰氯和间苯二胺形成两种不相混溶相，在其界面发生聚合反应，形成聚酰胺阻隔层，将步骤(2)所得膜以与液面成50～90°的角度浸入发生聚合反应的界面层，再缓慢匀速竖直取出，使聚酰胺阻隔层沉积在膜表层；(4)涂覆防污层，将多巴胺与防污聚合物按1:3～7的比例混合，涂覆到步骤(3)所得膜表面，得到标称截留分子量小于2500道尔顿的多壁碳纳米管修饰超滤膜，防污层可以提高通量，降低超滤膜结垢；进一步地，所述膜添加剂为多面体低聚倍半硅氧烷或官能化钯纳米颗粒，加入膜添加剂能够使多壁碳纳米管的孔隙体积以及形态得到改善。进一步地，所述分散剂为甲苯聚苯乙烯-聚3己基噻吩，加入有机分散剂并进行真空冷冻浓缩，可以增强碳纳米管的机械性能。进一步地，所述溶剂为N-二甲基甲酰胺、二恶烷、氯仿中的任意一种，也可以是化学性质类似的其他物质。进一步地，所述表面活性剂选自脱水山梨醇单月桂酸酯、甘油单硬脂酸酯或聚氧乙烯十六烷基醚，加入表面活性剂可以改善膜表面性质。进一步地，所述致孔剂为Licl或PEG，加入致孔剂可以增加膜通量。进一步地，所述防污聚合物为三氟氯乙烯共聚物，所述多巴胺与防污聚合物共用能够极大提高膜的抗污染性能，降低超滤膜结垢。本专利技术的有益效果是：第一，运用多壁碳纳米管对超滤膜进行修饰，可以提高超滤膜表面活性，再加上阻隔层和防污层，可制得高通量的超滤膜，提高膜的抗污染性能，降低超滤膜结垢，延长超滤膜寿命；第二，经多壁碳纳米管修饰的超滤膜对水进行超滤后，可以出去大部分大大分子物质，只剩下极少的小分子物质，再使用反渗透法，即可轻松除掉水中的抗生素类小分子物质。应用本专利技术方法进行饮用水的处理，不仅处理工艺简单，处理效果好，而且成本低，适合推广实施。具体实施方式实施例1：一种基于多壁碳纳米管修饰超滤膜深度处理饮用水中抗生素的方法,包括以下步骤：步骤一，水初步处理：除去悬浮物，进行臭氧预氧化处理，臭氧投加量不低于0.5g/m3，再经活性炭吸附，得到预处理的水；步骤二，预处理的水经多壁碳纳米管修饰超滤膜过滤：预处理的水用步骤一制备的多壁碳纳米管修饰超滤膜组成的膜设备系统进行超滤，控制压力为200Kpa，滤掉大分子成分，得到只含有抗生素类小分子的透过液；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多壁碳纳米管修饰超滤膜深度处理饮用水中抗生素的方法,其特征在于，包括以下步骤：步骤一，水初步处理：除去悬浮物，进行臭氧预氧化处理，臭氧投加量不低于0.5～3g/m3，再经活性炭吸附，得到预处理的水；步骤二，预处理的水经所述多壁碳纳米管修饰超滤膜过滤：预处理的水用步骤一制备的多壁碳纳米管修饰超滤膜组成的膜设备系统进行超滤，控制压力为200～800Kpa，滤掉大分子成分，得到只含有抗生素类小分子的透过液；步骤三，用反渗透法去除抗生素：将含有抗生素类小分子的透过液置于反渗透设备中进行反渗透，并加入阻垢剂，将抗生素类小分子在反渗透膜的低压区富集，高压区即为符合标准的饮用水。

【技术特征摘要】
1.一种基于多壁碳纳米管修饰超滤膜深度处理饮用水中抗生素的方法,其特征在于，包括以下步骤：步骤一，水初步处理：除去悬浮物，进行臭氧预氧化处理，臭氧投加量不低于0.5～3g/m3，再经活性炭吸附，得到预处理的水；步骤二，预处理的水经所述多壁碳纳米管修饰超滤膜过滤：预处理的水用步骤一制备的多壁碳纳米管修饰超滤膜组成的膜设备系统进行超滤，控制压力为200～800Kpa，滤掉大分子成分，得到只含有抗生素类小分子的透过液；步骤三，用反渗透法去除抗生素：将含有抗生素类小分子的透过液置于反渗透设备中进行反渗透，并加入阻垢剂，将抗生素类小分子在反渗透膜的低压区富集，高压区即为符合标准的饮用水。2.如权利要求1所述的一种基于多壁碳纳米管修饰超滤膜深度处理饮用水中抗生素的方法，其特征在于，所述的多壁碳纳米管修饰超滤膜是由如下组分制成：12～27份膜基材、0.1～4份多壁碳纳米管、0.02～1.1份膜添加剂、0.5～2份阻隔层成分、0.08～1份防污层成分、5～20份分散剂、72～90份溶剂、0.05～0.3份表面活性剂、2～10份致孔剂，所述膜基材选自以下聚合物中的任意一种或多种：氮化硅、聚亚苯基氧化物、聚苯并恶唑、聚酰肼、聚甲亚胺、聚对苯二甲酸乙酯、聚喹喔啉、聚缩醛，所述防污层的主要成分为多巴胺和防污聚合物，所述阻隔层成分为均苯三甲酰氯和间苯二胺。3.如权利要求2所述的一种基于多壁碳纳米管修饰超滤膜深度处理饮用水中抗生素的方法，其特征在于，所述的多壁碳纳米管修饰超滤膜的制备方法包括以下步骤：(1)将多壁碳纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄荣新，姜琦，魏东洋，刘钢，李屹，骆其金，李鑫华，
申请(专利权)人：环境保护部华南环境科学研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44