一种采用有序介孔炭识别水相中超滤膜污染物的方法
【专利摘要】本发明公开一种采用有序介孔炭识别水相中超滤膜污染物的方法，大致过程为：选择一水样分成若干份待测水样，采用不同孔径的有序介孔炭分别对水样进行吸附处理，再将吸附处理后的水样进行超滤膜过滤，记录对应的超滤膜的通量；通过对不同孔径有序介孔炭吸附前后的水样进行分析，确定不同孔径有序介孔炭吸附去除的对应污染物；将经过不同孔径有序介孔炭吸附处理后水样的膜通量大小进行排序，从而识别出水样所含污染物对超滤膜的污染程度；该方法利用有序介孔炭孔径均一且在2-50nm内可调的特点，通过有序介孔炭孔径与水样中超滤膜污染物分子的精确匹配，选择性吸附膜污染物，并对应吸附处理后水样的膜通量，从而识别水样中的超滤膜污染物。
【专利说明】一种采用有序介孔炭识别水相中超滤膜污染物的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及水处理领域技术、膜分离【技术领域】、炭材料吸附领域，尤其是指一种采 用有序介孔炭识别水相中超滤膜污染物的方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，为了更好地控制膜污染，科研人员试图从水体复杂的物质体系中分离出 主要的膜污染物，以便采取针对性的措施，选择性地去除主要膜污染物来实现控制膜污染 的目的。
[0003] 为了解析水体中各种有机物对膜污染的影响程度和作用机理，人们主要通过如下 三种途径进行研究： (1)采用模拟污染物，例如：用BSA、海藻酸钠(或葡聚糖)、腐殖酸等分别代表水体中的 蛋白质、多糖与腐殖质类有机物，通过膜过滤实验模拟考察不同物质的污染机理。
[0004] (2)采用非离子树酯（DAX-8和XAD-4)对水体中的亲水性组分（HPI)、疏水性组分 (ΗΡ0)及过渡亲水组分（TPI)进行分离，分别考察其作用机理；或在DAX-8和XAD-4的基础 上，进一步结合其它树脂(例如，阴离子树脂IRA_958、DEAE_ Diethylaminoethylcellulose 柱）对水体有机物进行细分，考察其作用机理并识别主要膜污染物。
[0005] (3)采用预处理(常用预处理方法有混凝、沉淀、过滤(包括生物过滤)、臭氧化、活 性炭吸附等）来改变水体中有机物的组成，考察预处理前后水体的物质变化及其对应的膜 过滤效果，分析各种物质的膜污染机理。
[0006] 当然，还有一些研究将这些方法进行相互结合来研究水体UF膜的污染机理。相对 而言，上述前两种方法主要从有机物质的个体影响方面考察水体有机物对膜的污染，上述 方法（3)则在个体影响的基础上兼顾了多种有机物的共同作用，对于指导实际水处理工程 具有更好的指导意义。
[0007] 但是，整体而言，利用目前的方法对水体中造成超滤膜污染的主要有机物的认识 仍然不够准确，无法准确界定主要膜污染物的分子量大小和物质类型。因此，有必要研究出 一种新的识别方法来准确识别水相中的超滤膜污染物，以便于有效控制超滤膜的污染。
【发明内容】
[0008] 有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种采用有序介 孔炭识别水相中超滤膜污染物的方法，其能从有机物分子量与物质类型方面准确识别水相 中的超滤膜污染物，为有效控制超滤膜的污染提供科学依据，该种识别方法简单有效且经 济可行，有利于推广应用。
[0009] 为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案： 一种采用有序介孔炭识别水相中超滤膜污染物的方法，包括如下步骤： (1)选择一种水样分成若干份待测水样，并对其中一待测水样进行分析以确定污染物 种类及浓度； (2) 对前述若干份待侧水样进行编号，并采用不同孔径的有序介孔炭分别对该若干份 待侧水样进行吸附处理，以得到若干份被吸附处理后的水样； (3) 对前述若干份被吸附处理后的水样进行分析，以确定每份待测水样中被吸附去除 的污染物种类与浓度，并记录不同编号待测水样中去除量最多的污染物种类； (4) 对前述若干份被吸附处理后的水样进行超滤膜过滤，记录不同编号水样的膜通量， 并依据膜通量大小将其编号进行排序，膜通量大的水样编号其于步骤（3)中相应记录的去 除量最多的污染物种类对膜的影响程度也大，则依据膜通量大小排序确定不同编号污染物 对膜污染的影响程度，以识别该水样中的超滤膜污染物。
[0010] 作为一种优选方案，所述步骤（2)中，有序介孔炭与相应水样混合、搅拌吸附。
[0011] 作为一种优选方案，所述步骤（3)中，先分离被吸附处理后的水样的上清液，对上 清液中污染物的种类及浓度进行分析；所述步骤（4)中，超滤膜对前述分离出来的上清液 进行过滤，以记录前述不同编号水样的膜通量。
[0012] 作为一种优选方案，所述步骤（2)中不同孔径有序介孔炭对水样进行吸附处理时 的条件相同，即单位重量水样在吸附时所采用的介孔炭比表面积、吸附时间、吸附温度以及 吸附过程均相同。
[0013] 作为一种优选方案，所述步骤（1)和步骤（3)中分析确定污染物种类及浓度时采 用的检测方法为气质联用、液质联用、紫外光谱、红外光谱、凝胶色谱、能谱仪、激光粒度仪 中的一种或几种相结合。
[0014] 作为一种优选方案，所述步骤（2)中的有序介孔炭为模板法制备的有序介孔炭，其 孔径均一，且孔径大小在2-50nm范围内。
[0015] 作为一种优选方案，所述步骤（4)中的超滤膜为板式超滤膜、卷式超滤膜、中空纤 维式超滤膜、管式超滤膜中任何一种，其超滤膜材料为PVDF、PE、PS、PES中任何一种；所述 超滤膜为复合膜或均相膜。
[0016] 作为一种优选方案，所述步骤（4)中水样进行超滤膜过滤的条件相同，即过滤的压 力、时间、温度均相同。
[0017] 作为一种优选方案，所述步骤（4)中膜通量为单位时间单位膜面积的透过液量、临 界通量、极限通量中的任何一种。
[0018] 作为一种优选方案，所述步骤（2)中，以有序介孔炭的孔径数值给相应的待侧水样 进行编号。
[0019] 本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案 可知，其主要是利用有序介孔炭孔径均一且在2-50nm范围内可调的特点，通过有序介孔 炭孔径与水样中超滤膜污染物分子的精确匹配，选择性吸附膜污染物，并对应吸附处理后 水样的膜通量，膜通量大的水样中其去除量最多的污染物种类对膜的影响程度也大，则依 据膜通量大小排序确定不同污染物对膜污染的影响程度，以识别该水样中的超滤膜污染 物；经多次试验数据表明，利用本发明之识别方法，能够从有机物分子量与物质类型方面准 确识别水相中的超滤膜污染物，为有效控制超滤膜的污染提供科学依据，其对于膜污染的 控制和介孔炭材料的应用均具有重要意义，同时，该种识别方法操作简便且经济可行，有利 于推广应用。
[0020] 为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发 明进行详细说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 图1是本发明之较佳实施例的大致工艺流程示意图。
【具体实施方式】
[0022] 请参照图1所示，其显示出了本发明之较佳实施例的大致工艺流程示意图。通常， 水体中的物质成分复杂，但并不是所有的成分都是导致超滤膜污染的主要物质，即存在某 些物质是膜污染的主要物质，选择性地去除这些主要膜污染物，则可以显著减轻超滤膜的 污染。下面会详细介绍如何准确地识别水体(例如地表水、地下水、生活污水、工业废水、垃 圾渗滤液中的任何一种或几种，也可以是超滤膜可以处理的任何一种溶液）中的主要膜污 染物的方法。
[0023] 本发明采用的方法是利用有序介孔炭孔径均一性高且在2_50nm范围内可调的特 点，利用活性炭孔隙对污染物的筛分原理，即活性炭孔隙对与其孔径匹配的污染物分子的 吸附具有选择性，大于或远小于活性炭孔隙的物质均无法有效地被吸附的特点，选择不同 孔径的有序介孔炭对水体中的有机污染物分别吸附去除，然后通过去除之后的膜通量比 对，确定不同污染物对超滤膜的影响程度差异，从而识别水体中的超滤膜污染物。
[0024] 本发明之采用有序介孔炭识别水相中超滤膜污染物的方法，其具体步骤如下： (1)选择一种水样分成若干份待测水样，并对其中一待测水样进行分析以确定污染物 种类及浓度；此处，分析确定污染物种类及浓度时采用的检测方法为气质联用、液质联用、 紫外光谱、红外光谱、凝胶色谱、能谱仪、激光粒度仪中的一种或几种相结合。
[0025] (2)对前述若干份待侧水样进行编号(可以用有序介孔炭的孔径数值给相应的待 侧水样进行编号)，并采用不同孔径的有序介孔炭分别对该若干份待侧水样进行吸附处理， 操作时可以将有序介孔炭与相应水样进行混合、搅拌吸附，其吸附效果更佳，以得到若干份 被吸附处理后的水样；前述不同孔径有序介孔炭对水样进行吸附处理时的条件相同，即单 位重量水样在吸附时所采用的介孔炭比表面积、吸附时间、吸附温度以及吸附过程等均相 同。
[0026] (3)对前述若干份被吸附处理后的水样进行分析，以确定每份待测水样中被吸附 去除的污染物种类与浓度，并记录不同编号待测水样中去除量最多的污染物种类；此处， 先分离被吸附处理后的水样的上清液，对上清液中污染物的种类及浓度进行分析；同上述 步骤（1)，其分析确定污染物种类及浓度时采用的检测方法为气质联用（GC-MS)、液质联用 (HPLC-MS)、紫外光谱（UV)、红外光谱（IR)、凝胶色谱（HPSEC)、能谱仪（EDS)、激光粒度仪 (DLS)中的一种或几种相结合。
[0027] (4)对前述若干份被吸附处理后的水样(前述分离出来的上清液）进行超滤膜过 滤，记录不同编号水样的膜通量，并依据膜通量大小将其编号进行排序，膜通量大的水样编 号其于步骤（3)中相应记录的去除量最多的污染物种类对膜的影响程度也大，则依据膜通 量大小排序确定不同编号污染物对膜污染的影响程度，以识别该水样中的超滤膜污染物。 此处用到的超滤膜可以为板式超滤膜、卷式超滤膜、中空纤维式超滤膜、管式超滤膜中任何 一种，其超滤膜材料为PVDF、PE、PS、PES中任何一种；所述超滤膜为复合膜或均相膜。以及， 前述若干份被吸附处理后的水样在进行超滤膜过滤的条件相同，即过滤的压力、时间、温度 等均相同；而膜通量可以为单位时间单位膜面积的透过液量、临界通量、极限通量中的任何 一种。
[0028] 实施例1 :对某时期东莞松木山水库的某区域水样进行检测 于东堯松木山水库内取同一水样分成6份，对其中一份水样进行分析以确定其污染物 种类及浓度（吸附前）；五种不同孔径的有序介孔炭，其孔径分别为4. 2nm，11. 7nm，19. 8nm， 25. 3nm，38. 8nm，选择PS超滤膜(截留分子量20kDa);经相应有序介孔炭吸附后的水样中去 除量最多的污染物种类依次记录为编号P19. 8nm、P25. 3nm、Pll. 7nm、P4. 2nm及P38. 8nm ;对 前述五份被吸附处理后的水样进行超滤膜过滤，实验得出的膜通量(编号）排序为J19. 8nm > J25. 3nm > Jl 1. 7nm > J4. 2nm > J38. 8nm，则污染物排序为 P19. 8nm > P25. 3nm PI 1. 7nm >> Ρ4· 2nm > P38. 8nm，编号P19. 8nm表达的污染物分子量约16kDa的腐殖酸为该水 库水样中的最主要膜污染物。
[0029] 实施例2 :对某时期东莞松山湖北部污水处理厂的尾水水样进行检测 于东莞松山湖北部污水处理厂的尾水中取同一水样分成6份，对其中一份水样进行 分析以确定其污染物种类及浓度(吸附前）；五种不同孔径的有序介孔炭，其孔径分别为 4. 2nm，11. 7nm，19. 8nm，25. 3nm, 38. 8nm，选择 PVDF 超滤膜(截留分子量 10kDa);经相应有 序介孔炭吸附后的水样中去除量最多的污染物种类依次记录为编号P19. 8nm、P25. 3nm、 Pll. 7nm、P4. 2nm及P38. 8nm ;对前述五份被吸附处理后的水样进行超滤膜过滤，实验得出 的膜通量(编号）排序为 J19. 8nm > J25. 3nm > J1L 7nm > J4. 2nm > J38. 8nm，则污染物 排序为 P19. 8nm > P25. 3nm Pll. 7nm > > Ρ4· 2nm > P38. 8nm，编号 P19. 8nm 表达的污染 物一分子量约23kDa的球蛋白为该尾水水样中的最主要膜污染物。
[0030] 本发明的设计重点在于，其主要是利用有序介孔炭孔径均一且在2_50nm范围内 可调的特点，通过有序介孔炭孔径与水样中超滤膜污染物分子的精确匹配，选择性吸附膜 污染物，并对应吸附处理后水样的膜通量，膜通量大的水样中其去除量最多的污染物种类 对膜的影响程度也大，则依据膜通量大小排序确定不同污染物对膜污染的影响程度，以识 别该水样中的超滤膜污染物；经多次试验数据表明，利用本发明之识别方法，能够从有机物 分子量与物质类型方面准确识别水相中的超滤膜污染物，为有效控制超滤膜的污染提供科 学依据，其对于膜污染的控制和介孔炭材料的应用均具有重要意义，同时，该种识别方法操 作简便且经济可行，有利于推广应用。
[0031] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制， 故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍 属于本发明技术方案的范围内。
【权利要求】
1. 一种采用有序介孔炭识别水相中超滤膜污染物的方法，其特征在于：包括如下步 骤： (1) 选择一种水样分成若干份待测水样，并对其中一待测水样进行分析以确定污染物 种类及浓度； (2) 对前述若干份待侧水样进行编号，并采用不同孔径的有序介孔炭分别对该若干份 待侧水样进行吸附处理，以得到若干份被吸附处理后的水样； (3) 对前述若干份被吸附处理后的水样进行分析，以确定每份待测水样中被吸附去除 的污染物种类与浓度，并记录不同编号待测水样中去除量最多的污染物种类； (4) 对前述若干份被吸附处理后的水样进行超滤膜过滤，记录不同编号水样的膜通量， 并依据膜通量大小将其编号进行排序，膜通量大的水样编号其于步骤（3)中相应记录的去 除量最多的污染物种类对膜的影响程度也大，则依据膜通量大小排序确定不同编号污染物 对膜污染的影响程度，以识别该水样中的超滤膜污染物。
2. 根据权利要求1所述的采用有序介孔炭识别水相中超滤膜污染物的方法，其特征在 于：所述步骤（2)中，有序介孔炭与相应水样混合、搅拌吸附。
3. 根据权利要求1所述的采用有序介孔炭识别水相中超滤膜污染物的方法，其特征在 于：所述步骤（3)中，先分离被吸附处理后的水样的上清液，对上清液中污染物的种类及浓 度进行分析；所述步骤（4)中，超滤膜对前述分离出来的上清液进行过滤，以记录前述不同 编号水样的膜通量。
4. 根据权利要求1所述的采用有序介孔炭识别水相中超滤膜污染物的方法，其特征在 于：所述步骤（2)中不同孔径有序介孔炭对水样进行吸附处理时的条件相同，即单位重量 水样在吸附时所采用的介孔炭比表面积、吸附时间、吸附温度以及吸附过程均相同。
5. 根据权利要求1所述的采用有序介孔炭识别水相中超滤膜污染物的方法，其特征在 于：所述步骤（1)和步骤（3)中分析确定污染物种类及浓度时采用的检测方法为气质联用、 液质联用、紫外光谱、红外光谱、凝胶色谱、能谱仪、激光粒度仪中的一种或几种相结合。
6. 根据权利要求1所述的采用有序介孔炭识别水相中超滤膜污染物的方法，其特征在 于：所述步骤（2)中的有序介孔炭为模板法制备的有序介孔炭，其孔径均一，且孔径大小在 2_50nm范围内。
7. 根据权利要求1所述的采用有序介孔炭识别水相中超滤膜污染物的方法，其特征在 于：所述步骤（4)中的超滤膜为板式超滤膜、卷式超滤膜、中空纤维式超滤膜、管式超滤膜 中任何一种，其超滤膜材料为PVDF、PE、PS、PES中任何一种；所述超滤膜为复合膜或均相 膜。
8. 根据权利要求1所述的采用有序介孔炭识别水相中超滤膜污染物的方法，其特征在 于：所述步骤（4)中水样进行超滤膜过滤的条件相同，即过滤的压力、时间、温度均相同。
9. 根据权利要求1所述的采用有序介孔炭识别水相中超滤膜污染物的方法，其特征在 于：所述步骤（4)中膜通量为单位时间单位膜面积的透过液量、临界通量、极限通量中的任 何一种。
10. 根据权利要求1所述的采用有序介孔炭识别水相中超滤膜污染物的方法，其特征 在于：所述步骤（2)中，以有序介孔炭的孔径数值给相应的待侧水样进行编号。
【文档编号】G01N33/18GK104111314SQ201410272029
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年6月18日 优先权日:2014年6月18日
【发明者】吕斯濠, 梁志辉, 曾燕艳, 范洪波, 刘啸天, 彭敏 申请人:东莞理工学院