一種含碳海水淡化膜及其制備方法和應用
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種含碳海水淡化膜，所述復合膜依次由微孔濾膜、含碳復合層和微孔濾膜三層組成，所述微孔濾膜的孔徑為10nm～100μm，該微孔濾膜的材質(zhì)是高分子、金屬或氧化物，所述含碳復合層為含有部分還原的氧化石墨烯與CdS。本發(fā)明的復合膜由于兩側(cè)有兩層微孔濾膜保護，力學性能高，可以保證含碳復合層難以被破壞。含碳復合層能夠允許水分子通過，但是海水中的鈉離子、鈣離子、鎂離子等通過率極低。本發(fā)明脫鹽的效率高，去除率在98%以上。
【專利說明】
一種含碳海水淡化膜及其制備方法和應用
技術領域
[0001]
本發(fā)明涉及離子分離領域，具體涉及一種含碳海水淡化膜及其制備方法和應用。
【背景技術】
[0002]海水淡化一直是科學研究與生產(chǎn)生活中的重要課題。例如，在我國南海的一些島嶼上，淡水直接影響到戰(zhàn)士們的生存問題。當前海水淡化主要還是基于蒸餾的技術，例如有熱多級閃蒸、熱多效蒸餾等技術。
[0003]中國發(fā)明專利105236610A公開了一種海水淡化集成設備，屬于海水淡化處理領域，一體化設備包括海水儲水箱、海水進水栗、保安過濾器、超濾膜組件、反洗水栗、中間水箱、中間水栗、濃水儲箱、淡水儲箱、極水儲箱、濃水循環(huán)栗、淡水循環(huán)栗、極水循環(huán)栗、電驅(qū)動膜堆、整流器、高壓栗、反滲透裝置、計量栗、清洗栗、清洗箱、飲水箱、飲水龍頭等裝置;海水通過超濾裝置可有效地截留其中的懸浮物、藻類和一些細菌等，其出水經(jīng)中間水箱進入電驅(qū)動膜系統(tǒng)，產(chǎn)出的淡水在高壓栗作用下通過反滲透膜后，達到飲用水標準，從而達到海水淡化的目的。該設備是一種一體化的海水淡化設備，有脫鹽率高、產(chǎn)水量大、運行成本低、高效集成化和自動化等特點。
[0004]中國專利104016496A提供了一種吸附分離低濃度金屬離子和小分子污染物的水處理裝置，包括中空纖維膜組件、動力栗、超聲波分散器和污染物濃度在線監(jiān)測儀等組件，裝置分為污染物吸附系統(tǒng)和污染物脫附系統(tǒng)，其中污染物吸附系統(tǒng)由待處理液循環(huán)回路和吸附液循環(huán)回路組成，污染物脫附系統(tǒng)由待脫附吸附液循環(huán)回路和脫附液循環(huán)回路組成。本發(fā)明操作簡單、運行成本低廉、處理效率高、吸附/脫附連續(xù)化、一體化，避免了吸附劑分離困難造成的二次污染。
[0005]中國發(fā)明專利103395915A提供了一種具有RO膜的海水淡化設備工作流程。該發(fā)明方法包括:向流入沉砂池(I)的海水中加入NaCLO，經(jīng)雜質(zhì)過濾機(2)過濾后由水栗(3)將海水沿進水管抽至調(diào)整裝置，海水從所述的調(diào)整裝置流至集水箱(4);此時海水流經(jīng)逆滲透膜單元，水栗(3)將海水從所述的集水箱抽至藥池(5)內(nèi)，高壓栗(6)將藥池內(nèi)的海水抽至逆滲透膜箱(7)后產(chǎn)生廢水和淡水，此時廢水經(jīng)能量回收輪機(8)流至廢水處理裝置而淡水流至淡水箱(9)，所述的淡水箱內(nèi)的淡水流經(jīng)管道過程中加入NaCLO，最后與地下水一起構成純凈水。該發(fā)明用于海水淡化或鹽水淡化。
[0006]采用薄膜反滲透技術進行海水淡化一直是人們的追求目標，因為這種方法成本低、靈活、能耗低。但是，目前薄膜反滲透技術中廣泛使用的是有機聚胺膜，其耐化學性差、壽命短，過濾效果不高，限制了薄膜反滲透技術的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明目的:為了實現(xiàn)低成本高效率地從海水中提取淡水，本發(fā)明所要解決的技術問題是提供了一種含碳海水淡化膜。
[0008]本發(fā)明還要解決的技術問題是提供了一種含碳海水淡化膜的制備方法。
[0009]本發(fā)明還要解決的技術問題是提供了一種含碳海水淡化膜的應用。
[0010]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為:一種含碳海水淡化膜，所述復合膜依次由微孔濾膜、含碳復合層和微孔濾膜三層組成，所述微孔濾膜的孔徑為1nm?ΙΟΟμπι，該微孔濾膜的材質(zhì)是高分子、金屬或氧化物，所述含碳復合層為含有部分還原的氧化石墨烯與 CdS0
[0011 ] 其中，上述復合膜的厚度為10nm?ΙΟΟμ??。
[0012]其中，上述高分子為PP和/或PE材料。
[0013]其中，上述氧化物為氧化鋁。
[0014]上述的海水淡化膜的制備方法，包括以下步驟:
1)將氧化石墨烯的水溶液、CdS的水溶液均勻混合；
2)以微孔濾膜為基底，采用真空抽濾法使氧化石墨烯、CdS的混合物溶液在負壓下脫水，進而在微孔濾膜基底上相互堆疊自組裝為含碳復合層;在抽濾過程中將另一層微孔濾膜包覆在含碳復合層之上，構成三明治結構的復合膜；
3)將三明治結構的復合膜在40?80°C條件下干燥4?24h;
4)通過紫外光照射I?5天，利用CdS的光催化特性使氧化石墨烯部分還原，最終得到海水淡化膜。
[0015]其中，上述氧化石墨烯的水溶液體積質(zhì)量濃度為5?50mg/L，CdS的水溶液體積質(zhì)量濃度為5?50mg/L。
[ΟΟ??] 其中，上述氧化石墨稀、CdS的質(zhì)量比為1:0.1?0.2。
[0017]上述的海水淡化膜在海水淡化方面的應用。本發(fā)明的海水淡化膜可以用于各種鹽的脫除，特別適合應用在海水淡化領域。
[0018]本發(fā)明采用微孔濾膜作為支架，隔離海水中微米級以上的顆粒，采用含碳復合層作為脫出海水中的各種鹽離子。含碳復合層中的CdS作為光敏催化劑，在紫外光的照射下可以產(chǎn)生電子-空穴對，部分地還原氧化石墨烯，使之產(chǎn)生一種能夠允許水分子通過但是能夠隔離鈉、鎂、鉀、鈣等等離子的通道。只有調(diào)控出大小合適的通道尺寸，才能帶來較好的過濾效果。
[0019]有益效果:本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的復合膜由于兩側(cè)有兩層微孔濾膜保護，力學性能高，可以保證含碳復合層難以被破壞。含碳復合層能夠允許水分子通過，但是海水中的鈉離子、鈣離子、鎂離子等通過率極低。本發(fā)明采用CdS作為催化劑，對氧化石墨烯進行原位還原。本發(fā)明脫鹽的效率高，去除率在98%以上，高于現(xiàn)有技術，實用性好。
【具體實施方式】
[0020]下面結合【具體實施方式】對本發(fā)明作更進一步的舉例說明。
[0021 ]實施例1:海水淡化膜的制備
1)將氧化石墨烯的水溶液、CdS的水溶液的水溶液均勻混合;氧化石墨烯的水溶液體積質(zhì)量濃度為50mg/L，CdS的水溶液體積質(zhì)量濃度為5mg/L;氧化石墨烯、CdS的質(zhì)量比為1:0.15；
2)以平均孔徑為0.01微米的PP微孔濾膜為基底，采用真空抽濾法使氧化石墨烯、CdS的混合物溶液在負壓下脫水，進而在微孔濾膜基底上相互堆疊自組裝為含碳復合層;在抽濾過程中將另一層平均孔徑為0.04微米的PE微孔濾膜包覆在含碳復合層之上，構成三明治結構的復合膜；
3 )將三明治結構的復合膜在40 0C條件下干燥24h;
4)通過紫外光照射I天，利用CdS的光催化特性使氧化石墨烯部分還原，最終得到厚度為100納米的海水淡化膜。
[0022]配制含有5的％氯化鎂、5at%氯化鈉的混合溶液，采用抽濾法測量該薄膜對該溶液的除鹽效果，去除鎂的效果為99.4%，去除鈉的效果為98.3%。
[0023]實施例2:海水淡化膜的制備
1)將氧化石墨烯的水溶液、CdS的水溶液的水溶液均勻混合;氧化石墨烯的水溶液體積質(zhì)量濃度為5mg/L，CdS的水溶液體積質(zhì)量濃度為10mg/L;氧化石墨烯CdS、的質(zhì)量比為1:0.2；
2)以平均孔徑為5.9微米的PE微孔濾膜為基底，采用真空抽濾法使氧化石墨烯、CdS的混合物溶液在負壓下脫水，進而在微孔濾膜基底上相互堆疊自組裝為含碳復合層;在抽濾過程中將另一層平均孔徑為0.2微米的PE微孔濾膜包覆在含碳復合層之上，構成三明治結構的復合膜；
3)將三明治結構的復合膜在40°C條件下干燥4h;
4)通過紫外光照射3天，利用CdS的光催化特性使氧化石墨烯部分還原，最終得到厚度為0.58微米的海水淡化膜。
[0024]配制含有5的％氯化鎂、5at%氯化鈉的混合溶液，采用抽濾法測量該薄膜對該溶液的除鹽效果，去除鎂的效果為99.2%，去除鈉的效果為98.3%。
[0025]實施例3:海水淡化膜的制備
1)將氧化石墨烯的水溶液、CdS的水溶液的水溶液均勻混合;氧化石墨烯的水溶液體積質(zhì)量濃度為25mg/L，CdS的水溶液體積質(zhì)量濃度為20mg/L;氧化石墨烯、CdS的質(zhì)量比為1:0.2；
2)以平均孔徑為62微米的PP微孔濾膜為基底，采用真空抽濾法使氧化石墨烯、CdS的混合物溶液在負壓下脫水，進而在微孔濾膜基底上相互堆疊自組裝為含碳復合層;在抽濾過程中將另一層平均孔徑為100微米的PP微孔濾膜包覆在含碳復合層之上，構成三明治結構的復合膜；
3)將三明治結構的復合膜在60°C條件下干燥14h;
4)通過紫外光照射5天，利用CdS的光催化特性使氧化石墨烯部分還原，最終得到厚度為100微米的海水淡化膜。
[0026]配制含有5的％氯化鎂、5at%氯化鈉的混合溶液，采用抽濾法測量該薄膜對該溶液的除鹽效果，去除鎂的效果為99.6%，去除鈉的效果為99.3%。
[0027]實施例4海水淡化膜的制備
1)將氧化石墨烯的水溶液、CdS的水溶液的水溶液均勻混合;氧化石墨烯的水溶液體積質(zhì)量濃度為40mg/L，CdS的水溶液體積質(zhì)量濃度為50mg/L;氧化石墨烯、CdS的質(zhì)量比為1:0.1；
2)以平均孔徑為1.6微米的氧化鋁多孔膜為基底，采用真空抽濾法使氧化石墨烯、CdS的混合物溶液在負壓下脫水，進而在微孔濾膜基底上相互堆疊自組裝為含碳復合層;在抽濾過程中將另一層平均孔徑為5.7微米的PP微孔濾膜包覆在含碳復合層之上，構成三明治結構的復合膜；
3)將三明治結構的復合膜在80°C條件下干燥14h;
4)通過紫外光照射3天，利用CdS的光催化特性使氧化石墨烯部分還原，最終得到厚度為52微米的海水淡化膜。
[0028]配制含有5的％氯化鎂、5at%氯化鈉的混合溶液，采用抽濾法測量該薄膜對該溶液的除鹽效果，去除鎂的效果為99.5%，去除鈉的效果為99.2%。
[0029]對比例海水淡化膜的制備
1)將氧化石墨烯的水溶液、納米氧化鈦的水溶液的水溶液均勻混合;氧化石墨烯的水溶液體積質(zhì)量濃度為40mg/L，氧化鈦的水溶液體積質(zhì)量濃度為50mg/L；氧化石墨烯、納米氧化鈦的質(zhì)量比為1:0.1;
2)以平均孔徑為1.6微米的氧化鋁多孔膜為基底，采用真空抽濾法使氧化石墨烯、納米氧化鈦的混合物溶液在負壓下脫水，進而在微孔濾膜基底上相互堆疊自組裝為含碳復合層；
3)在80°C條件下干燥14h;
4)通過紫外光照射3天，使氧化石墨烯部分還原，最終得到厚度為7.8微米的海水淡化膜。
[0030]配制含有5的％氯化鎂、5at%氯化鈉的混合溶液，采用抽濾法測量該薄膜對該溶液的除鹽效果，去除鎂的效果為91.2%，去除鈉的效果為89.4%。且使用多次之后，發(fā)現(xiàn)含氧化石墨烯的那一層有脫落現(xiàn)象。
[0031]可以看出，本發(fā)明的實施例的技術效果優(yōu)于對比例。
[0032]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1.一種含碳海水淡化膜，其特征在于，所述復合膜依次由微孔濾膜、含碳復合層和微孔濾膜三層組成，所述微孔濾膜的孔徑為1nm??οομπι，該微孔濾膜的材質(zhì)是高分子、金屬或氧化物，所述含碳復合層為含有部分還原的氧化石墨烯與CdS。2.根據(jù)權利要求1所述的海水淡化膜，其特征在于，所述復合膜的厚度為10nm?100μmD3.根據(jù)權利要求1所述的的海水淡化膜，其特征在于，所述高分子為PP和/SPEMW。4.根據(jù)權利要求1所述的海水淡化膜，其特征在于，所述氧化物為氧化鋁。5.權利要求1?4任一項所述的海水淡化膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)將氧化石墨烯的水溶液、CdS的水溶液的水溶液均勻混合； 2)以微孔濾膜為基底，采用真空抽濾法使氧化石墨烯、CdS的混合物溶液在負壓下脫水，進而在微孔濾膜基底上相互堆疊自組裝為含碳復合層;在抽濾過程中將另一層微孔濾膜包覆在含碳復合層之上，構成三明治結構的復合膜； 3)將三明治結構的復合膜在40?80°C條件下干燥4?24h; 4)通過紫外光照射I?5天，利用CdS的光催化特性使氧化石墨烯部分還原，最終得到海水淡化膜。6.根據(jù)權利要求5所述的海水淡化膜的制備方法，其特征在于，所述氧化石墨烯的水溶液體積質(zhì)量濃度為5?50mg/L，CdS的水溶液體積質(zhì)量濃度為5?50mg/L。7.根據(jù)權利要求5所述的海水淡化膜的制備方法，其特征在于，所述氧化石墨烯、CdS的質(zhì)量比為1:0.1?0.2。8.權利要求1?4任一項所述的海水淡化膜在海水淡化方面的應用。
【文檔編號】B01D69/12GK106000127SQ201610625375
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年8月3日
【發(fā)明人】不公告發(fā)明人
【申請人】鎮(zhèn)江市丹徒區(qū)碩源材料科技有限公司