一种基于盐碱水淡化膜的水处理方法及装置

本发明属于膜分离，具体涉及一种基于盐碱水淡化膜的水处理方法及装置。

背景技术：

1、在离子-水合作用下，na+、cl-等离子以离子与水分子结合的形式存在，在离子-离子作用下，na+、cl-等以离子与h+、oh-结合的形式存在，离子与水分子结合以及离子与h+、oh-结合形成的物质占大部分，水中有少部分的na+、cl-等离子，离子与水分子结合以及离子与h+、oh-结合形成的物质的大小为0.6-1 nm，水分子以及单个离子的大小为0.1-0.4 nm。现有的盐碱水淡化膜，利用碳纳米管、氧化石墨烯等形成离子筛分通道，将离子筛分通道的尺寸调节至0.4-0.5nm之间，可使水分子以及极少量的na+、cl-等离子通过离子筛分通道。现有的盐碱水淡化膜碳纳米管多是无序的，水通量受限制。新疆维吾尔自治区的盐碱水中含有nacl，且富含co32-、so42-、ca2+、mg2+等硬度元素，盐碱水淡化膜极易堵塞，2-3个月就需要对造价昂贵的脱盐膜设备进行清洗更换。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于盐碱水淡化膜的水处理方法，以提高盐碱水淡化的水通量，且改善结垢堵塞。

2、本发明的另一个目的是提供一种基于盐碱水淡化膜的盐碱水淡化装置。

3、为了实现以上目的，本发明采取的技术方案为：

4、一种基于盐碱水淡化膜的水处理方法，包括以下步骤：使用盐碱水淡化膜将水分子与水中的离子进行筛分，并通过施加电场的方式使离子间歇定向流动延缓盐碱水淡化膜结垢堵塞；盐碱水淡化膜的制备方法包括以下步骤：将柱［5］芳烃与聚醚砜搅拌形成基底，基底上的柱［5］芳烃形成水通道，将碳纳米管在基底上定向排列以形成碳纳米管水通道，碳纳米管穿插在相邻柱［5］芳烃的缝隙中，同时用氧化石墨烯将碳纳米管的间隙进行填充。

5、进一步地，所述碳纳米管在基底上定向排列以形成碳纳米管水通道的方法包括以下步骤：将碳纳米管、氧化石墨烯与表面活性剂溶液混合并进行超声以将碳纳米管和氧化石墨烯分散均匀，分散均匀后得到碳纳米管和氧化石墨烯混合悬浮液，将基底浸入碳纳米管和氧化石墨烯混合悬浮液中，施加垂直电场，使碳纳米管定向排列，取出定向排列碳纳米管的基底，干燥后水洗去除表面活性剂。

6、进一步地，所述施加垂直电场时使用膜条带覆盖基底，暴露的基底上定向排列有碳纳米管，被覆盖的基底上没有定向排列碳纳米管，基底上形成高低不平的网格结构，以对水流进行扰动，防止盐碱水中的水合离子定向聚集。

7、进一步地，所述垂直电场的强度为300～500 v/mm，频率为100～600 hz，施加电场时间为10～30 min。

8、进一步地，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠溶液，碳纳米管与十二烷基苯磺酸钠的质量比为1:0.3～1:0.5，表面活性剂溶液的质量浓度为3～5 g/l。

9、进一步地，所述碳纳米管与氧化石墨烯的质量比为1:0.01～1:0.06。

10、进一步地，所述柱［5］芳烃与聚醚砜搅拌形成基底的方法包括以下步骤：取聚醚砜溶于溶剂a中得到聚醚砜溶液，取柱［5］芳烃溶于溶剂a中得到柱［5］芳烃悬浮液，将聚醚砜溶液逐渐加入到柱［5］芳烃悬浮液中，搅拌24～48h，得到膜液，将膜液以流延的方式形成膜，干燥后水洗即得。

11、进一步地，所述聚醚砜的质量浓度为0.02～0.05 g/ml，柱［5］芳烃悬浮液的质量浓度为5×103～8×103 g/ml；所述聚醚砜溶液与柱［5］芳烃悬浮液的体积比为3:1～5:1。

12、进一步地，碳纳米管的直径为0.4～0.5 nm。

13、一种基于盐碱水淡化膜的盐碱水淡化装置，包括盐碱水淡化膜以及施加电场设备，所述盐碱水淡化膜包括柱［5］芳烃与聚醚砜形成的基底，碳纳米管穿插的碳纳米管网格层以及氧化石墨烯连接层，碳纳米管穿插在基底上的柱［5］芳烃之间，氧化石墨烯将各个碳纳米管连接以形成导电结构。

14、本发明的有益效果：

15、本发明的基于盐碱水淡化膜的水处理方法，柱［5］芳烃锚固于基底上，可形成水分子通道，将水与盐离子分离。碳纳米管穿插在柱［5］芳烃之间且也锚固于基底上，增加了水分子通道的密度，提高水通量，且碳纳米管定向排列，克服以往碳纳米管杂乱分布的缺陷，极大地增大了水分子通量。

16、本发明的基于盐碱水淡化膜的水处理方法，膜条带覆盖后，碳纳米管聚集条之间有低洼的空隙，此结构对水流有扰动，使盐粒子各向异性，不易聚集在碳纳米管和柱［5］芳烃水通道入口处，且在有空隙的情况下柔性的碳纳米管也会来回晃动，避免盐粒子聚集。

17、本发明的基于盐碱水淡化膜的水处理方法，使用氧化石墨烯层将碳纳米管连接起来，形成导电层，在交流电的作用下，碳纳米管层对带相同电荷的盐的水合离子有排斥作用，盐的水合离子产生移动，使盐的水合离子不断远离对应的盐碱水淡化膜而流走。

技术特征：

1.一种基于盐碱水淡化膜的水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：使用盐碱水淡化膜将水分子与水中的离子进行筛分，并通过施加电场的方式使离子间歇定向流动延缓盐碱水淡化膜结垢堵塞；盐碱水淡化膜的制备方法包括以下步骤：将柱［5］芳烃与聚醚砜搅拌形成基底，基底上的柱［5］芳烃形成水通道，将碳纳米管在基底上定向排列以形成碳纳米管水通道，碳纳米管穿插在相邻柱［5］芳烃的缝隙中，同时用氧化石墨烯将碳纳米管的间隙进行填充。

2.根据权利要求1所述的基于盐碱水淡化膜的水处理方法，其特征在于，所述碳纳米管在基底上定向排列以形成碳纳米管水通道的方法包括以下步骤：将碳纳米管、氧化石墨烯与表面活性剂溶液混合并进行超声以将碳纳米管和氧化石墨烯分散均匀，分散均匀后得到碳纳米管和氧化石墨烯混合悬浮液，将基底浸入碳纳米管和氧化石墨烯混合悬浮液中，施加垂直电场，使碳纳米管定向排列，取出定向排列碳纳米管的基底，干燥后水洗去除表面活性剂。

3.根据权利要求2所述的基于盐碱水淡化膜的水处理方法，其特征在于，所述施加垂直电场时使用膜条带覆盖基底，暴露的基底上定向排列有碳纳米管，被覆盖的基底上没有定向排列碳纳米管，基底上形成高低不平的结构，以对水流进行扰动，防止盐碱水中的水合离子定向聚集。

4.根据权利要求2或3所述的基于盐碱水淡化膜的水处理方法，其特征在于，所述垂直电场的强度为300～500 v/mm，频率为100～600 hz，施加电场时间为10～30 min。

5.根据权利要求2或3所述的基于盐碱水淡化膜的水处理方法，其特征在于，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠溶液，碳纳米管与十二烷基苯磺酸钠的质量比为1:0.3～1:0.5，表面活性剂溶液的质量浓度为3～5 g/l。

6.根据权利要求2或3所述的基于盐碱水淡化膜的水处理方法，其特征在于，所述碳纳米管与氧化石墨烯的质量比为1:0.01～1:0.06。

7.根据权利要求1所述的基于盐碱水淡化膜的水处理方法，其特征在于，所述柱［5］芳烃与聚醚砜搅拌形成基底的方法包括以下步骤：取聚醚砜溶于溶剂a中得到聚醚砜溶液，取柱［5］芳烃溶于溶剂a中得到柱［5］芳烃悬浮液，将聚醚砜溶液逐渐加入到柱［5］芳烃悬浮液中，搅拌24～48h，得到膜液，将膜液以流延的方式形成膜，干燥后水洗即得。

8.根据权利要求7所述的基于盐碱水淡化膜的水处理方法，其特征在于，所述聚醚砜的质量浓度为0.02～0.05 g/ml，柱［5］芳烃悬浮液的质量浓度为5×103～8×103 g/ml；所述聚醚砜溶液与柱［5］芳烃悬浮液的体积比为3:1～5:1。

9.根据权利要求1-3以及7中任一项所述的基于盐碱水淡化膜的水处理方法，其特征在于，碳纳米管的直径为0.4～0.5 nm。

10.一种基于盐碱水淡化膜的盐碱水淡化装置，包括盐碱水淡化膜以及施加电场设备，其特征在于，所述盐碱水淡化膜包括柱［5］芳烃与聚醚砜形成的基底，碳纳米管穿插的碳纳米管网格层以及氧化石墨烯连接层，碳纳米管穿插在基底上的柱［5］芳烃之间，氧化石墨烯将各个碳纳米管连接以形成导电结构。

技术总结
本发明涉及一种基于盐碱水淡化膜的水处理方法及装置，基于盐碱水淡化膜的水处理方法包括以下步骤：使用盐碱水淡化膜将水分子与水中的离子进行筛分，并通过施加电场的方式使离子间歇定向流动延缓盐碱水淡化膜结垢堵塞；盐碱水淡化膜的制备方法包括以下步骤：将柱［5］芳烃与聚醚砜形成基底，基底上的柱［5］芳烃形成水通道，将碳纳米管在基底上定向排列以形成碳纳米管水通道，碳纳米管穿插在相邻柱［5］芳烃的缝隙中，同时用氧化石墨烯将碳纳米管的间隙进行填充，盐碱水淡化膜提高水通量且不易堵塞。

技术研发人员：黄琦,王建江
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2025/3/31