一种光-氧双传递膜及其制备方法和应用

本发明属于水处理膜制备领域，具体地，本发明涉及一种光-氧双传递膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、目前利用菌藻共生系统处理污水已经引起广泛关注，在这个共生系统内，在光照条件下，微藻利用系统中产生或污水中自带的溶解性有机碳，以及污水中含有的氮磷元素进行光合作用合成自身增殖所需的生长物质，同时产生氧气。与此同时，好氧细菌利用藻类产生的氧气和电子供体有机碳进行好氧呼吸，产生藻类所需的无机营养物质。在此循环利用过程中，细菌和微藻在完成自身生长的同时，吸附和去除污水中的污染物。在菌藻共生系统处理污水时，曝气造成的扰动冲击会破坏细菌和藻类之间的相互作用，导致光合作用受限，不曝气会导致稳定性降低。膜曝气生物膜反应器(mabr)是近年来被广泛研究的一种污水处理技术，氧气传递方式是mabr的特色之一，mabr中氧气状态是微米级别的，不会产生肉眼可见的气泡。将mabr运用于菌藻共生系统中，使用膜进行无泡曝气，藻类也可以避免溶解氧过高导致生长受限。

2、在此菌藻系统内，藻类需要接触光进行光合作用。目前用于无泡曝气的膜大多不具备透光性，很难使光传输至菌藻污泥混合液内部，会导致其藻类生长受限，为在菌藻共生体系中提升膜的应用效率，膜的光传导性能仍待提升和优化。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的是提供一种光-氧双传递膜及其制备方法和应用。本发明方法简单方便，得到的膜结构简单，同时具备透光和透气性能。

2、本发明采用如下技术方案：

3、本发明提供了一种光-氧双传递膜的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)将pvdf、有机溶剂、致孔剂依次加入容器中，在60℃-80℃下搅拌5-7小时，负压脱泡，得到pvdf铸膜液；

5、(2)将pdms、固化剂依次加入容器中，在20-25℃下搅拌均匀，静置脱泡，得到pdms铸膜液；

6、(3)将pvdf铸膜液刮涂在玻璃板上，随后进入清洗槽中漂洗，烘干，得到初始膜；

7、(4)将pdms铸膜液涂抹在初始膜反面，室温放置2-4小时后，烘干，得到光-氧双传递膜。

8、本发明方法主要原料选择pvdf和pdms，pdms液体澄清透明，固化后所形成的平滑膜同样具有超高的光学透明度，pdms作为填充材料，将pdms液体填充到pvdf疏水膜膜孔中，从而去除了膜材料中的孔隙，固化后形成了带有外层为pdms膜、pvdf膜为支撑层的致密复合膜，消除了pvdf膜膜孔对光的折射，制备出具有光学透明度的光-氧双传递膜。

9、需要说明的是，本申请中聚二甲基硅氧烷pdms通常与其相匹配的固化剂一起搭配使用，可以参考现有文献中的方法。为了操作方便，也可以通过市售途径购买获得，例如，鑫威双组份套件产品，包括pdms和固化剂，混合比例为10:1，现有市购产品；美国道康宁sylgard dc184双组份套件产品，包括pdms和固化剂，混合比例为10:1，现有市购产品。

10、优选地，所述有机溶剂为dmac(n，n-二甲基乙酰胺)。

11、在一些实施例中，所述致孔剂为聚乙烯吡咯烷酮、氯化锂、氯化锌中的一种或多种；更优选地，所述致孔剂为氯化锂。

12、在一些实施例中，当致孔剂为聚乙烯吡咯烷酮时，步骤(1)中pvdf、有机溶剂、致孔剂的质量百分比为：pvdf为12％-14％，致孔剂聚乙烯吡咯烷酮为3％-12％、其余为有机溶剂。

13、在一些实施例中，当致孔剂为氯化锂时，步骤(1)中pvdf、有机溶剂、致孔剂的质量百分比为：pvdf为12％-14％，致孔剂氯化锂为0.4％-5％，其余为有机溶剂。

14、优选地，pvdf为12％-14％，致孔剂氯化锂为0.4％-1％，其余为有机溶剂。

15、在一些实施例中，当致孔剂为氯化锌时，步骤(1)中pvdf、有机溶剂、致孔剂的质量百分比为：pvdf为12％-14％，致孔剂氯化锌为0.5％-1％，其余为有机溶剂。

16、在一些实施例中，步骤(3)中，刮涂厚度为300μm。

17、在一些实施例中，步骤(3)中，漂洗是在温度为20-25℃的去离子水，浸泡至成膜。

18、在一些实施例中，步骤(3)中，所述烘干的温度为30-40℃，时间为30-60min。在一些实施例中，所述烘干可以在鼓风干燥箱中进行。

19、在一些实施例中，步骤(4)中，所述涂抹的涂布量为17-25mg/cm2。

20、在一些实施例中，步骤(4)中，所述烘干的温度为60-65℃，时间为4-6小时；在一些实施例中，所述烘干可以在鼓风干燥箱中进行。

21、本发明实施例还提供了由上述方法制备得到的光-氧双传递膜，所述光-氧双传递膜加工成平板式，膜厚度为400-500μm。

22、本发明实施例还提供了上述光-氧双传递膜可以在需要光照射和气体传输的场景中的应用。作为一个示例，例如菌藻共生系统。

23、本发明的优点及效果是：

24、(1)本发明的光-氧双传递膜制备方法工艺简单，可大规模制备。光-氧双传递膜特殊之处在于该膜在透气的基础上薄而透明，且该制备方法具有普适性，在需要光照射和气体传输的场景中具有广泛的应用价值。

25、(2)本发明光-氧双传递膜可以使光有效的照射到菌藻混合液内部，使反应器内部的菌藻也能很好的生长，也提高了光的利用率。

技术特征：

1.一种光-氧双传递膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述一种光-氧双传递膜的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为dmac。

3.根据权利要求1所述一种光-氧双传递膜的制备方法，其特征在于，所述致孔剂为聚乙烯吡咯烷酮、氯化锂、氯化锌中的一种或多种；更优选地，所述致孔剂为氯化锂。

4.根据权利要求3所述一种光-氧双传递膜的制备方法，其特征在于，

5.根据权利要求1所述一种光-氧双传递膜的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，刮涂厚度为300μm。

6.根据权利要求1所述一种光-氧双传递膜的制备方法，其特征在于，

7.根据权利要求1所述一种光-氧双传递膜的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述涂抹的涂布量为17-25mg/cm2。

8.根据权利要求1所述一种光-氧双传递膜的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述烘干的温度为60-65℃，时间为4-6小时。

9.一种光-氧双传递膜，其特征在于，所述光-氧双传递膜由权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到。

10.权利要求9所述的光-氧双传递膜在需要光照射和气体传输的场景中的应用。

技术总结
本发明提供了一种光‑氧双传递膜及其制备方法和应用，所述光‑氧双传递膜的制备方法，包括以下步骤：(1)将PVDF、有机溶剂、致孔剂依次加入容器中，在60℃‑80℃下搅拌5‑7小时，负压脱泡，得到PVDF铸膜液；(2)将PDMS、固化剂依次加入容器中，在20‑25℃下搅拌均匀，静置脱泡，得到PDMS铸膜液；(3)将PVDF铸膜液刮涂在玻璃板上，随后进入清洗槽，漂洗出有机溶剂和致孔剂，烘干，得到初始膜；(4)将PDMS铸膜液涂抹在初始膜反面，室温放置2‑4小时后，烘干，得到光‑氧双传递膜。本发明方法简单方便，得到的膜结构简单，同时具备透光和透气性能。

技术研发人员：王捷,祝莹,贾辉
受保护的技术使用者：天津工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17