一种高效曝气的疏水性聚氯乙烯中空纤维mbr膜的制备方法
技术领域
1.本发明涉及污水处理曝气技术领域，具体为一种高效曝气的疏水性聚氯乙烯中空纤维mbr膜的制备方法。
背景技术：
2.中空纤维膜外形像纤维状，具有自支撑作用的膜。中空纤维膜是以聚砜、二甲基乙酰胺为原料加工成中空内腔的纤维丝，再除以高渗透性聚合物，具有选择性渗透特性。由于水蒸气、氢、氧和二氧化碳渗透较快，而甲烷、氮、氩、氧和一氧化碳等渗透较慢，这样就使渗透快地与渗透慢的分离，做成3-6米的纤维束装入耐高压金属壳体内，纤维束一端被密封，另一端用特殊配方的环氧树脂粘结在一起，它是非对称膜的一种，其致密层可位于纤维的外表面/如反渗透膜，也可位于纤维的内表面（如微滤膜，纳滤膜和超滤膜）。对气体分离膜来说，致密层位于内表面或外表面均可。
3.膜分离技术具有能耗低、过程简单、分离效率高、无环境污染等优点，是解决当代能源、资源和环境问题的重要技术，已经应用已涉足化工、食品、医药、生化、环保等领域，对节约能源、挺好效率、净化环境等作出了重要贡献。
4.曝气量是mbr膜应用过程中的一个重要参数，不仅为活性污泥提供代谢所必需的氧气，而且能冲刷膜的表面，避免污染物沉积，减缓膜的污染，因此膜生物反应器mbr膜往往采用相对较大的曝气量，但曝气量会影响活性污泥的性质，而活性污泥性质的变化又会影响到膜污染。
5.针对相关技术中曝气量会影响活性污泥的性质，而活性污泥性质的变化又会影响到膜污染的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现要素：
6.本发明的主要目的在于提供一种高效曝气的疏水性聚氯乙烯中空纤维mbr膜的制备方法，以解决实现mbr膜的高效曝气的同时在原位即可实现对mbr膜丝更大程度的清洗，进而减少膜污染，自制疏水性纳米二氧化硅以及壳聚糖的加入不仅成功为材料表面构造了微纳米结构使其具有疏水和自清洁功能，而且可以极大地减少了生物污染，并节省mbr的工艺运行成本。
7.为实现上述目的，据本发明的一个方面，提供了一种高效曝气的疏水性聚氯乙烯中空纤维mbr膜的制备方法。
8.根据本发明的一种高效曝气的疏水性聚氯乙烯中空纤维mbr膜的制备方法，所述高效曝气的疏水性聚氯乙烯中空纤维膜是聚氯乙烯、聚丙烯腈、n-n二甲基乙酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、多巴胺、自制疏水性纳米二氧化硅、壳聚糖等混合后制成铸膜液，经相转化法纺制而成的；所述中空纤维mbr制备包括以下步骤：（1）先加入一定质量的n-n二甲基乙酰胺后开始搅拌，边搅拌边加入相应质量的聚
乙烯吡咯烷酮、疏水纳米二氧化硅、多巴胺、壳聚糖边搅拌边缓慢加入相应质量的聚氯乙烯和聚丙烯腈，待搅拌完成，真空静置脱泡；（2）进行湿法纺丝：经脱泡后的铸膜液在0.2～0.5mpa的氮气压力下，经过滤网、计量泵后进入喷丝头，同时将芯液用计量泵打入喷丝头，随后将铸膜液和芯液从喷丝头的环形喷丝孔挤出，经过一段空气间隙，然后进入凝固浴，在凝固浴中经过相转化形成中空膜丝；（3）将制得的中空纤维膜浸入蒸馏水中，以除去添加剂和残留溶剂，然后浸入甘油水中，以保持膜的孔结构，最后置于空气中自然干燥；（4）取固定长度的膜丝若干，将两端固定在一起，将其插入注满环氧树脂的硬管中，待树脂固化后，得到膜组件，进行后续测试。
9.进一步的，所述步骤（1）中搅拌的温度环境为45-50℃，搅拌的时间为5-10h，真空静置脱泡的时间为12-24h。
10.进一步的，所述步骤（2）中芯液组成为n-n二甲基乙酰胺和纯水，干纺丝的量程为5-10cm，铸膜液流速为12-20ml
·
min-1，芯液的流速5-15ml
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min-1，凝固浴温度为30℃。
11.进一步的，所述步骤（3）中浸入蒸馏水中的浸泡时间为4-48h，浸入甘油水中的浸泡时间为4-12h。
12.进一步的，所述步骤（3）中甘油水溶液中的甘油重量百分比为20%-40%。
13.进一步的，所述聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、自制疏水性纳米二氧化硅、壳聚糖和多巴胺和二甲基乙酰胺的配方比例分别为10%-30%、1%-2%、3%-6%、3-6%和1%-2%、1%-2%、68%-75%。
14.本发明的有益之处在于：1、本发明制备的疏水性聚氯乙烯中空纤维膜可以实现对生物膜的直接曝气，实现氧气的最大化利用，可以大大地减少污水处理的曝气成本。制成的膜丝可以将生物膜法污水处理了的曝气技术和固液分离技术有机结合起来，既可以为微生物提供附着的载体，又达到了曝气的目的，在原位即可实现对mbr膜丝更大程度的清洗，减少膜污染，且节省mbr的工艺运行成本，在原位即可实现对mbr膜丝更大程度的清洗，进而减少膜污染，且节省mbr的工艺运行成本；2、受荷叶表面具有疏水和自清洁功能的启发，在mbr膜表面构造微纳米结构，使其拥有超疏水功能，并且具有较高的抗污染能力。采用湿法纺丝工艺制备该疏水性中空纤维膜，制作工艺简便，易于实现产业化。
具体实施方式
15.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明的具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
16.一种高效曝气的疏水性聚氯乙烯中空纤维mbr膜的制备方法，所述高效曝气的疏水性聚氯乙烯中空纤维膜是聚氯乙烯、聚丙烯腈、n-n二甲基乙酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、多巴胺、自制疏水性纳米二氧化硅、壳聚糖等混合后制成铸膜液，经相转化法纺制而成的；实现
氧气的最大化利用，可以大大地减少污水处理的曝气成本。制成的膜丝可以将生物膜法污水处理了的曝气技术和固液分离技术有机结合起来，既可以为微生物提供附着的载体，又达到了曝气的目的，在原位即可实现对mbr膜丝更大程度的清洗，减少膜污染，且节省mbr的工艺运行成本。
17.所述中空纤维mbr制备包括以下步骤：（1）先加入一定质量的n-n二甲基乙酰胺后开始搅拌，边搅拌边加入相应质量的聚乙烯吡咯烷酮、疏水纳米二氧化硅、多巴胺、壳聚糖边搅拌边缓慢加入相应质量的聚氯乙烯和聚丙烯腈，待搅拌完成，真空静置脱泡；（2）进行湿法纺丝：经脱泡后的铸膜液在0.2～0.5mpa的氮气压力下，经过滤网、计量泵后进入喷丝头，同时将芯液用计量泵打入喷丝头，随后将铸膜液和芯液从喷丝头的环形喷丝孔挤出，经过一段空气间隙，然后进入凝固浴，在凝固浴中经过相转化形成中空膜丝；（3）将制得的中空纤维膜浸入蒸馏水中，以除去添加剂和残留溶剂，然后浸入甘油水中，以保持膜的孔结构，最后置于空气中自然干燥；（4）取固定长度的膜丝若干，将两端固定在一起，将其插入注满环氧树脂的硬管中，待树脂固化后，得到膜组件，进行后续测试。
18.本实施例中：通过将聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、自制疏水性纳米二氧化硅、壳聚糖和多巴胺和二甲基乙酰胺按照10%-30%%、1%-2%、3%-6%、3-6%和1%-2%、1%-2%、68%-75%的比例加入搅拌罐内部进行搅拌，将搅拌速度设置为50-100r/min，搅拌时间5-10h，搅拌温度45-50℃，物料搅拌结束后，将纺丝原液转移至脱泡罐内脱泡，脱泡时间为12小时，脱泡温度50-70℃，脱泡罐真空度－0.08mpa；脱泡结束后，将脱泡的压力设置为加压至0.2mpa，经脱泡后的铸膜液在0.2～0.5mpa的氮气压力下，经过滤网、计量泵后进入喷丝头，同时将芯液用计量泵打入喷丝头，随后将铸膜液和芯液从喷丝头的环形喷丝孔挤出，经过一段空气间隙，然后进入凝固浴，在凝固浴中经过相转化形成中空膜丝，芯液组成为n-n二甲基乙酰胺和纯水，干纺丝的量程为5-10cm，铸膜液流速为12-20ml
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min-1，芯液的流速5-15ml
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min-1，凝固浴温度为30-35℃，将制得的中空纤维膜浸入蒸馏水中，浸泡时间为4-8h，以除去添加剂和残留溶剂，然后浸入甘油水中，浸泡时间为4-12h，以保持膜的孔结构，最后置于空气中自然干燥，取固定长度的膜丝若干，将两端固定在一起，将其插入注满环氧树脂的硬管中，待树脂固化后，得到膜组件，进行后续测试。
19.本实例中，所述步骤（1）中搅拌的温度环境为45-50℃，搅拌的时间为5-10h，真空静置脱泡的时间为12-24h，这样设置的好处在于，在合适的温度下进行n-n二甲基乙酰胺、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、自制疏水性纳米疏水二氧化硅、聚氯乙烯、壳聚糖和多巴胺的搅拌，5-10h的充分搅拌可使溶液混合完全。
20.本实例中，所述步骤（2）中芯液组成为n-n二甲基乙酰胺和纯水，干纺丝的量程为5-10cm，铸膜液流速为12-20ml
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min-1，芯液的流速5-15ml
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min-1，凝固浴温度为30-35℃，这样设置的好处在于，利用搅拌机进行物料混合搅拌，通过调节纺丝原液的配方组成，与真空脱泡、纺丝、凝固浴、牵引等工艺配合，在mbr膜内部加上编织管，增强mbr膜的强度，编织管外表面涂覆上纺丝原液以达到精确控制mbr膜表面孔的结构，采用湿法纺丝工艺制备该疏水性中空纤维膜，制作工艺简便，易于实现产业化。
21.本实例中，所述步骤（3）中浸入蒸馏水中的浸泡时间为4-8h，浸入甘油水中的浸泡时间为4-12h，这样设置的好处在于，充分浸泡具有疏水和自清洁功能的启发，在mbr膜表面构造微纳米结构，使其拥有超疏水功能，并且具有较高的抗污染能力。
22.本实例中，所述步骤（3）中甘油水溶液中的甘油重量百分比为20%-40%，这样设置的好处在于，保持膜的孔结构，在mbr膜表面构造微纳米结构，使其拥有超疏水功能。
23.本实例中，所述聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、自制疏水性纳米二氧化硅、壳聚糖和多巴胺和二甲基乙酰胺的配方比例分别为10%-30%、1%-2%、3%-6%、3-6%和1%-2%、1%-2%、68%-75%，这样设置的好处在于，通过调节纺丝原液的配方组成，与真空脱泡、纺丝、凝固浴、牵引等工艺配合，实现中空纤维膜的超疏水和耐污染性能，达到对氧气的最大化利用，实现高效曝气。
24.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。