含碳纳米管超滤膜的杀菌装置及其超滤膜的制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了含碳纳米管超滤膜的杀菌装置及其超滤膜的制备方法，将含碳纳米管的超滤膜和低压电场结合起来，发现在短时间内，大肠杆菌被全部杀灭，电场和含碳纳米管超滤膜的协同杀菌技术，与现有的水体化学灭菌技术相比，有环境友好、能耗低等优点，具有良好的应用前景。进一步的，本发明专利技术还提供了一种含改性碳纳米管的超滤膜及其制备方法，改性后的碳纳米管回收率高。本发明专利技术通过简单的物理改性，使碳纳米管均匀分散在铸膜液中，制得的超滤膜与改性前对比，通量大幅提高，防污性能大大改善。

Bactericidal device of carbon nanotube ultrafiltration membrane and preparation method of ultrafiltration membrane

The invention discloses a sterilization device containing carbon nanotube membrane and ultrafiltration membrane preparation method, the carbon nanotube ultrafiltration membrane and low voltage electric field together, found in a short period of time, Escherichia coli was all killed, sterilization technology field and carbon nanotube containing ultrafiltration membrane, compared with water chemical sterilization technology the existing, environmentally friendly, low energy consumption, has a good application prospect. Further, the invention also provides a ultrafiltration membrane with modified carbon nanotube and its preparation method. The modified carbon nanotube has high recovery rate. The carbon nano tube is uniformly dispersed in the casting liquid by simple physical modification. The ultrafiltration membrane prepared by comparison with that before modification has greatly improved the flux and greatly improved the antifouling performance.

【技术实现步骤摘要】
含碳纳米管超滤膜的杀菌装置及其超滤膜的制备方法
本专利技术属于超滤膜应用领域，尤其涉及一种含碳纳米管超滤膜的杀菌装置及其超滤膜的制备方法，是一种耦合了膜过滤和电化学杀菌、增强超滤膜抗污染性能的环保技术。
技术介绍
高品质的水不仅对人类健康至关重要，而且也是石油化工、药品和食品等各个行业的重要原料。目前世界各国的水供应都面临着巨大挑战，世卫组织2012年的研究指出，全球约有7.8亿人仍然无法获得安全饮用水。自上个世纪以来，用水量的增长率是人口增长率的两倍以上。根据联合国的报告，到2025年，至少将有18亿人面临水资源短缺，人口增长、工业和家庭用水需求的增加，导致可用的水资源正在耗尽(X.Qu，P.J.J.Alvarez，Q.Li，Applicationsofnanotechnologyinwaterandwastewatertreatment，WaterRes.47(2013)3931-3946.)。另外，以往的水体杀菌方法较多依赖于杀菌剂，某些化学药剂含有毒性或者刺激性，对人体健康存在着不利影响，而且化学药剂只能暂时杀灭细菌，并不能抑制细菌的繁殖增长。因此，亟需探索水资源恢复、再利用和循环利用以及水体杀菌等技术。公开号为103690974A的专利公开了一种杀菌装置及其多孔复合板的制备方法，此装置效率高，能杀灭大多数细菌，负作用小，制备多孔复合板方法易操作，成本小，适合大生产。公开号为CN205933340U的专利公开了一种循环水低频电场杀菌装置，此装置结构简单，安装方便，电极极板可以成对固定摆放在循环水池中的任意位置，在电极极板周围会产生较强的交变电场，作用范围比较大，能够起到很好的杀菌作用。目前利用电场杀菌的杀菌装置研究多是利用高压脉冲电场或电压较高的直流电场。电压较高的直流电场首先面临着高能耗的问题，不利于大规模工业化应用。而能耗较低的高压脉冲电场杀菌技术需要性能稳定的高压脉冲发生器，并且采用高压可能产生电极污染、电火花和电击穿等问题。目前国内高压脉冲电场杀菌技术水平比较落后，仍处于实验室阶段，发达国家也正处于向商业化的过渡阶段(金伟，平雪良，吉祥，许卫斌.高压脉冲电场杀菌系统的研究进展[J].食品与机械，2012，(01)：247-249+258)。膜过滤技术被认为是用于净化废水，海水和微咸水的最有希望的一种技术。超滤膜技术是膜过滤技术中应用最广泛的一种，在废水处理、化学、食品甚至血液透析等领域被广泛采用。目前也有不少关于分离膜杀菌性能的研究，但是大部分本质上都是在膜基体中引入抗菌剂(如纳米银、纳米铜等)，如果这些成分释放到环境中，极有可能造成安全隐患。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是提供一种在低压电场下，安全环保、能耗低、具有优异杀菌功能的含碳纳米管超滤膜的杀菌装置及其超滤膜的制备方法。更进一步的，本专利技术还提供一种不易团聚、具有有较高的通量和蛋白质截留率，防生物污染性能大大提高的含改性碳纳米管的超滤膜及其制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种杀菌装置，包括电源部、导电上极板、绝缘下极板，以及设于导电上极板和绝缘下极板之间的导电支撑板；导电支撑板和绝缘下极板之间形成了能容纳透过液的第一腔体；导电上极板和导电支撑板之间形成了能容纳带菌料液的第二腔体，所述第二腔体的内腔高度为1-1.5厘米。所述杀菌装置还包括至少一对与电源部相连接的导电电极；所述导电电极分别和导电上极板和导电支撑板相连接，当接通电源时，导电上极板和导电支撑板之间会产生低压电场；所述杀菌装置还设有能使带菌料液在第二腔体内循环流动的进料口和出料口；所述导电支撑板上覆盖有含碳纳米管的超滤膜。优选的，超滤膜略大于支撑板，当带菌料液在第二腔体内循环流动时，所述含碳纳米管的超滤膜能够浸渍在带菌料液中。优选的，所述电源部为直流恒压电源，杀菌装置的工作电压≤30V；更优选的，工作电压≤10V，工作电流≤30mA；更优选的，工作电压为2-5V，工作电流为20mA-30mA，电场强度范围是1-5V/cm。优选的，所述导电上极板和绝缘下极板通过螺栓连接，所述导电支撑板嵌在绝缘下极板的上端面，所述的导电支撑板为多孔板。本专利技术中将导电电极分别与导电上极板和导电支撑板连接，导电支撑板嵌在绝缘下极板的上端面(导电电极穿过绝缘下极板和导电支撑板连接)，能够有效避免短路，并且导电支撑板嵌在绝缘下极板上，使得杀菌装置组装方便，超滤膜的更换方便快捷。优选的，所述导电上极板是下底面敞口的中空柱形杯盖体，盖体的顶面设有进料口和出料口；所述绝缘下极板是上端面敞口的中空柱形杯盖体，盖体的下底面设有透过液出口。优选的，所述绝缘下极板的下端开有透过液出口，第一腔体能够容纳透过液，并且使透过液通过透过液出口成液滴状滴落，便于收集计量体积。优选的，所述进料口和出料口均设于导电上极板上。优选的，所述的导电上极板、导电支撑板和导电电极的材料采用不锈钢304、不锈钢316或黄铜中的一种。所述绝缘下极板材料采用尼龙66、有机玻璃、聚醚醚酮或聚碳酸酯中的一种。优选的，所述含碳纳米管的超滤膜为平板膜。所述含碳纳米管的超滤膜由包括如下组分制成：碳纳米管、膜添加剂、有机溶剂和膜材料；碳纳米管是外管径：10nm～20nm；长度：10μm～30μm；纯度：＞98wt％的多壁或单壁碳纳米管；所述膜添加剂为聚乙烯吡咯烷酮、甲基吡咯烷酮、乙醇、氯化锂、聚乙二醇中的一种；所述的有机溶剂为N-N-二甲基甲酰胺、N-N-二甲基乙酰胺、甲基吡咯烷酮、二甲亚砜、六甲基磷酰胺中的一种；所述的膜材料为聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈的一种。优选的，当碳纳米管为多壁碳纳米管时，所述含碳纳米管的超滤膜由如下重量份数的原料制成：0.5-2.5份多壁碳纳米管、0-20份膜添加剂、70-90份有机溶剂和10-30份膜材料；当碳纳米管为单壁碳纳米管时，所述含碳纳米管的超滤膜由如下重量份数的原料制成：1-5份单壁碳纳米管、0-20份膜添加剂、70-90份有机溶剂和10-30份膜材料。膜生物污染是由一种或多种细菌对膜表面的不可逆粘附引发的。生物污染的不利影响包括膜通量下降、浓差极化效应加剧、膜材料的生物降解以及需要提高能量以克服生物膜抵抗，更严重的是，膜生物污染会在膜表面上建立人类病原体的浓缩群体而危害人类健康。生物污染的预防和控制是膜应用领域的重大问题，在这方面，需要更有效的技术来防止或控制膜表面上生物污染的形成(C.Huyskens，E.Brauns，E.Hoof，H.D.Wever，AnewmethodfortheevaluationofthereversibleandirreversiblefoulingpropensityofMBRmixedliquor，J.Membr.Sci.323(2008)185-192.)。进一步的，本专利技术提供给一种用于本专利技术杀菌装置中能有效抑制膜生物污染的含改性碳纳米管的超滤膜。所述含改性碳纳米管的超滤膜由包括如下组分制成：改性碳纳米管、膜添加剂、有机溶剂和膜材料；所述改性碳纳米管由原始碳纳米管、改性剂和水制成；所述原始碳纳米管为：外管径：10nm～20nm；长度：10μm～30μm；纯度：＞98wt％的多壁或单壁碳纳米管；所述改性剂为木质素磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、油酰本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种杀菌装置，其特征在于：包括电源部(1)、导电上极板(2)、绝缘下极板(3)，以及设于导电上极板(2)和绝缘下极板(3)之间的导电支撑板(4)；导电支撑板(4)和绝缘下极板(3)之间形成了能容纳透过液的第一腔体(5)；导电上极板(2)和导电支撑板(4)之间形成了能容纳带菌料液的第二腔体(6)，所述第二腔体(6)的内腔高度为1‑1.5厘米；所述杀菌装置还包括至少一对与电源部(1)相连接的导电电极(7)；所述导电电极(7)分别和导电上极板(2)和导电支撑板(4)相连接，当接通电源时，导电上极板(2)和导电支撑板(4)之间会产生低压电场；所述杀菌装置还设有能使带菌料液在第二腔体(6)内循环流动的进料口(8)和出料口(9)；所述导电支撑板(4)上覆盖有含碳纳米管的超滤膜(10)。

【技术特征摘要】
1.一种杀菌装置，其特征在于：包括电源部(1)、导电上极板(2)、绝缘下极板(3)，以及设于导电上极板(2)和绝缘下极板(3)之间的导电支撑板(4)；导电支撑板(4)和绝缘下极板(3)之间形成了能容纳透过液的第一腔体(5)；导电上极板(2)和导电支撑板(4)之间形成了能容纳带菌料液的第二腔体(6)，所述第二腔体(6)的内腔高度为1-1.5厘米；所述杀菌装置还包括至少一对与电源部(1)相连接的导电电极(7)；所述导电电极(7)分别和导电上极板(2)和导电支撑板(4)相连接，当接通电源时，导电上极板(2)和导电支撑板(4)之间会产生低压电场；所述杀菌装置还设有能使带菌料液在第二腔体(6)内循环流动的进料口(8)和出料口(9)；所述导电支撑板(4)上覆盖有含碳纳米管的超滤膜(10)。2.根据权利要求1所述的杀菌装置，其特征在于：所述电源部(1)为直流恒压电源，杀菌装置的工作电压≤30V；优选的，工作电压≤10V，工作电流≤30mA；更优选的，工作电压为2-5V，工作电流为20mA-30mA，电场强度范围是1-5V/cm。3.根据权利要求1或2所述的杀菌装置，其特征在于：所述导电上极板(2)和绝缘下极板(3)通过螺栓连接，所述导电支撑板(4)嵌在绝缘下极板(3)的上端面，所述的导电支撑板(4)为多孔板。4.根据权利要求1-3任一项所述的杀菌装置，其特征在于：所述导电上极板(2)是下底面敞口的中空柱形杯盖体，盖体的顶面设有所述进料口(8)和出料口(9)；所述绝缘下极板(3)是上端面敞口的中空柱形杯盖体，盖体的下底面设有透过液出口(11)。5.根据权利要求1-4任一项所述的杀菌装置，其特征在于：所述导电上极板(2)、导电支撑板(4)和导电电极(7)的材料采用不锈钢304、不锈钢316或黄铜中的一种；所述绝缘下极板(3)材料采用尼龙66、有机玻璃、聚醚醚酮或聚碳酸酯中的一种。6.根据权利要求1-5任一项所述的杀菌装置，其特征在于：所述含碳纳米管的超滤膜(10)为平板膜；优选的，所述含碳纳米管的超滤膜(10)为含改性碳纳米管的超滤膜(10)；所述含改性碳纳米管的超滤膜(10)由包括如下组分制成：改性碳纳米管、膜添加剂、有机溶剂和膜材料；所述改性碳纳米管由原始碳纳米管、改性剂和水制成；所述原始碳纳米管为：外管径：10nm～20nm；长度：10μm～30μm；纯度：＞98wt％的多壁或单壁碳纳米管；所述改性剂为木质素磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、油酰氧基乙磺酸钠中的一种或多种；所述的膜添加剂为聚乙烯吡咯烷酮、甲基吡咯烷酮、乙醇、氯化锂、聚乙二醇中的一种；所述的有机溶剂为N-N-二甲基甲酰胺、N-N-二甲基乙酰胺、甲基吡咯烷酮、二甲亚砜、六甲基磷酰胺中的一种；所述的膜材料为聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈的一种。7.根据权利要求6所述的杀菌装置，其特征在于：所述改性碳纳米管由如下重量份数的原料制成：0.5～1份原始碳纳米管...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文一，朱刘勇，谢程程，山伯晋，王恩霞，刘偲妮，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12