一种可反复撕拉重铸的复合导电膜的制备方法和应用

本发明属于导电膜，具体涉及一种可反复撕拉重铸的复合导电膜的制备方法和应用。

背景技术：

1、近年来，低压膜过滤(如微滤(mf)和超滤(uf))因出水质量高、占地面积小以及生命成本较低等优点已成为水/废水处理的主导技术之一。其中，微滤膜孔径范围为0.1-1μm，能够有效截留微生物，有研究表明其对藻类截留效率可达100％，在含藻水去除方面表现出巨大的潜力。然而，水体中复杂的生物、有机物和无机物组分会产生的严重的膜污染问题，一方面对藻类只能富集而无法进一步灭活处理，可能产生二次污染；另一方面膜污染导致水通量降低，膜清洗和更换都会显著提高水处理成本。因此，将mf与其他技术耦合，提高mf过程的藻类去除效率、改善膜污染问题至关重要。

2、电催化过滤(ef)是一种集电化学氧化和膜分离优点于一体的工艺，近年来备受关注。在ef过程中，由于过滤的强制对流作用，使目标污染物从本体溶液向膜表面的传质明显增强，同时由于阳极上存在大量的活性反应位点，可大大促进污染物在导电膜阳极上同时发生的电化学氧化，还可以有效缓解膜污染问题延长膜的使用寿命。ef工艺处理能力大、动力学性能好、能耗适中、处理效率高等优点，在未来的水处理中具有广阔的应用前景。

3、对于电催化过滤工艺来说，导电膜材料是核心部件，目前对导电膜制备方法的研究主要有对膜基底的导电改性，导电纳米材料负载等，这些方法具有修饰过程复杂、制备成本高、膜稳定性差、易造成二次污染和重复利用性低，阻碍了导电膜的规模化应用。因此，开发一种制备简单、成本低、性能稳定、可重复利用的导电膜材料具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是为解决导电膜制备方法中存在的修饰过程复杂、制备成本高、膜稳定性差、易造成二次污染和重复利用性低的问题。

2、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种可反复撕拉重铸的复合导电膜的制备方法和应用，该导电膜制备简单、成本低、性能稳定、膜污染小，使用之后可反复撕拉重铸。

3、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

4、本发明一方面提供一种复合导电膜的制备方法，所述复合导电膜包括电极基底、支撑材料和有机膜；

5、所述复合导电膜的制备方法包括以下步骤：

6、(1)配制有机膜铸膜液：

7、将聚偏氟乙烯(pvdf)和聚乙烯吡咯烷酮(pvp)溶解在n-甲基吡咯烷酮(nmp)中，搅拌混匀后静置脱泡，得到有机膜铸膜液；

8、(2)利用相转化法制备复合导电膜：

9、将电极基底组装在支撑材料上，将步骤(1)制得有机膜铸膜液均匀地涂覆在电极基底和支撑材料上，随后将其浸泡在去离子水浴中，在室温下进行相转化，得到复合导电膜。

10、优选的，所述电极基底包括pt/ti金属电极、sno2/ti金属电极、ruo2/ti金属电极、pbo2/ti金属电极中的一种，厚度为50～200μm，为有机膜提供优异的导电性和电催化性。

11、优选的，所述支撑材料为无纺布、碳布中的一种，进一步优选为无纺布。

12、优选的，所述步骤(1)中，有机膜铸膜液中各原料的重量百分比为：聚偏氟乙烯和(pvdf)8～15％、聚乙烯吡咯烷酮(pvp)1～7％、n-甲基吡咯烷酮(nmp)78～91％，进一步优选为，聚偏氟乙烯和(pvdf)、聚乙烯吡咯烷酮(pvp)和n-甲基吡咯烷酮(nmp)的重量百分比分别为：8％、3％和89％。

13、优选的，所述步骤(1)中，搅拌的时间为18～24h，进一步优选为24h，静置时间为24～48h，进一步优选为24h。

14、优选的，步骤(2)中，涂覆有机膜铸膜液的铸刀间隙为120～240μm，进一步优选为180μm。

15、优选的，步骤(1)和步骤(2)中，聚偏氟乙烯(pvdf)和支撑材料在80℃下烘干2h，以去除水分。

16、本发明另一方面提供一种上述制备方法制得的复合导电膜的重铸方法，将使用后的复合导电膜通过撕拉去除支撑材料和有机膜，将电极基底浸泡在有机溶剂中进行清洗，重复权利要求1所述的步骤(1)和步骤(2)，进行导电膜重铸。

17、优选的，所述有机溶剂包括二甲基亚砜(dmso)、n-甲基吡咯烷酮(nmp)、n-n二甲基甲酰胺(dmf)中的任意一种，进一步优选为二甲基亚砜(dmso)。

18、优选的，所述浸泡时间为5-10min。

19、本发明还提供一种上述制备方法制得的复合导电膜的应用，以所述复合导电膜为阳极，ti网为阴极，构建电催化过滤体系对海洋微藻进行灭活。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

21、1、聚偏氟乙烯(pvdf)是一种广泛使用的高分子膜材料，pvdf膜具有良好的耐腐蚀性和稳定的物理化学性能，但pvdf膜机械强度不高且不具有导电性，本发明通过相转化法使得有机膜原位涂覆在电极基底和支撑材料上制备复合导电膜，利用电极基底为有机膜提供优异的导电性和电催化性，支撑材料为有机膜提供优异的机械性能，并且该复合导电膜性能稳定，膜污染小，可以成功灭活去除海洋微藻。

22、2、本发明制备方法简单、操作易行。

23、3、本发明制备的复合导电膜可通过反复撕拉去除支撑材料和有机膜，浸泡清洗电极，电极可以重复利用，大大节约了导电膜的使用成本。

技术特征：

1.一种复合导电膜的制备方法，其特征在于，所述复合导电膜包括电极基底、支撑材料和有机膜；

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述电极基底包括pt/ti金属电极、sno2/ti金属电极、ruo2/ti金属电极、pbo2/ti金属电极中的一种，厚度为50～200μm。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，支撑材料为无纺布、碳布中的一种。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，有机膜铸膜液中各原料的重量百分比为：聚偏氟乙烯8～15％、聚乙烯吡咯烷酮1～7％、n-甲基吡咯烷酮78～91％。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，搅拌的时间为18～24h，静置的时间为24～48h。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，涂覆有机膜铸膜液的铸刀间隙为120～240μm。

7.一种权利要求1-6任一项所述制备方法制得的复合导电膜的重铸方法，其特征在于，将使用后的复合导电膜通过撕拉去除支撑材料和有机膜，将电极基底浸泡在有机溶剂中进行清洗，重复权利要求1所述的步骤(1)和步骤(2)，进行导电膜重铸。

8.根据权利要求7所述的重铸方法，其特征在于，所述有机溶剂包括二甲基亚砜、n-甲基吡咯烷酮、n-n二甲基甲酰胺中的任意一种。

9.根据权利要求7所述的重铸方法，其特征在于，所述浸泡时间为5-10min。

10.一种权利要求1-6任一项所述制备方法制得的复合导电膜的应用，其特征在于，以所述复合导电膜为阳极，ti网为阴极，构建电催化过滤体系对海洋微藻进行灭活。

技术总结
本发明属于导电膜技术领域，具体涉及一种可反复撕拉重铸导电膜的制备方法和应用。所述复合导电膜的制备方法包括以下步骤：(1)将聚偏氟乙烯和聚乙烯吡咯烷酮溶解在N‑甲基吡咯烷酮中，搅拌混匀后静置脱泡，得到有机膜铸膜液；(2)将电极基底组装在支撑材料上，将步骤(1)制得有机膜铸膜液均匀地涂覆在电极基底和支撑材料上，随后将其浸泡在去离子水浴中，在室温下进行相转化，得到复合导电膜。本发明制备的导电膜材料，通过反复撕拉去除支撑材料和有机膜，清洗电极，电极可以重复利用，大大节约了导电膜的使用成本，反复撕拉重铸的导电膜性能稳定，膜污染低，可以成功灭活去除海洋微藻。

技术研发人员：王月竹,刘晓晓,徐晓彤,王俊生
受保护的技术使用者：大连海事大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19