基本信息
- 項(xiàng)目名稱:
- 電紡高強(qiáng)超細(xì)功能纖維膜的制備及其在染料廢水處理中的應(yīng)用
- 小類:
- 能源化工
- 大類:
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介:
- 高強(qiáng)超細(xì)功能纖維膜的特色 (1)結(jié)合乳液聚合技術(shù)、輔助電場與熱處理方法,通過靜電紡絲技術(shù)制備出致密均勻、性能優(yōu)良的聚苯乙烯纖維膜,并對(duì)其進(jìn)行高溫高壓增強(qiáng)與功能化處理,獲得具有高比表面積的陽離子交換纖維膜。 (2)與通常電紡纖維膜相比,本作品陽離子交換纖維膜致密均勻、強(qiáng)度高,再生性強(qiáng)。
- 詳細(xì)介紹:
- 高強(qiáng)超細(xì)功能纖維膜的特色 (1)結(jié)合乳液聚合技術(shù)、輔助電場與熱處理方法,通過靜電紡絲技術(shù)制備出致密均勻、性能優(yōu)良的聚苯乙烯纖維膜(已申請(qǐng)國家發(fā)明專利《聚苯乙烯靜電紡絲溶液》,申請(qǐng)?zhí)?00810025309.0),并對(duì)其進(jìn)行高溫高壓增強(qiáng)與功能化處理,獲得具有高比表面積的陽離子交換纖維膜。 (2)與傳統(tǒng)的離子交換與吸附功能纖維相比,靜電紡絲制得的超細(xì)纖維比表面積大,染料吸附與分離作用效率高和速度快,將吸附處理后的纖維氈在一定濃度的十二烷基苯磺酸鈉溶液中脫附,可多次重復(fù)使用。與通常電紡纖維膜相比,本作品陽離子交換纖維膜致密均勻、強(qiáng)度高,再生性強(qiáng)。將材料制備新技術(shù)與膜分離技術(shù)有機(jī)結(jié)合,將有效地加快各類化工、印染廢水處理技術(shù)開發(fā)。 高強(qiáng)超細(xì)功能纖維膜的創(chuàng)新之處 (1) 這種纖維膜的水通量與超濾、微濾膜接近,且膜滲透阻力小,但超濾、微濾膜對(duì)染料無分離效果。 (2) 纖維膜染料分離效果與納濾膜相當(dāng),即吸附分離效果好,而這種膜在常壓進(jìn)行吸附分離,而不是像納濾膜的那樣高壓下運(yùn)行。 (3) 這種纖維膜孔徑遠(yuǎn)大于染料分子尺寸,染料分子截留是基于范德華力和離子鍵作用,因此,這種膜污染現(xiàn)象少;而納濾膜孔尺寸小,其分離機(jī)理基于體積排除作用與道南效應(yīng),膜污染現(xiàn)象嚴(yán)重。 (4) 與普通的離子交換與吸附纖維相比,這纖維膜表面積大,吸附分離效率高、速度快,吸附膜再生時(shí)間短、易于洗脫。 (5) 由于這種高強(qiáng)超細(xì)功能纖維膜的活性基團(tuán)為磺酸根與苯環(huán)基團(tuán),可用于應(yīng)用于許多類型的工業(yè)廢水處理,如含有陽離子染料、分散染料、還原染料、過渡金屬離子、有機(jī)小分子化合物等廢水吸附與分離處理。 (6) 高強(qiáng)超細(xì)功能纖維膜生產(chǎn)工藝簡單,投資成本低,原料成本低于2元人民幣/m2,而超濾膜市場售價(jià)1200元人民幣/m2,納濾膜售價(jià)更高,可見高強(qiáng)超細(xì)功能纖維膜市場前景廣闊。
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 1、設(shè)計(jì)發(fā)明目的和基本思路 本發(fā)明主要目的是獲得具有高強(qiáng)度、高比表面積、致密均勻、吸附分離效率高、速度快,吸附膜再生時(shí)間短、易于洗脫的超細(xì)功能纖維膜。 基本思路:首先合成高分子量聚苯乙烯,通過靜電紡絲技術(shù)制備出致密均勻、性能優(yōu)良的聚苯乙烯纖維膜,然后進(jìn)行增強(qiáng)與功能化處理,獲得具有高強(qiáng)超細(xì)功能纖維膜。利用功能纖維膜進(jìn)行合成染料廢水吸附及吸附膜再生處理,在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出染料廢水處理用膜分離實(shí)驗(yàn)裝置,初步探討功能膜動(dòng)態(tài)吸附處理效果。 2、創(chuàng)新點(diǎn) 采用自制的高分子量聚苯乙烯、增加輔助電場、高溫高壓增強(qiáng)熱處理等方法提高纖維膜的力學(xué)性能,從而可直接將纖維膜應(yīng)用于模擬陽離子紅染料廢水靜態(tài)、動(dòng)態(tài)吸附處理;在國內(nèi)外首次選用十二烷基苯磺酸鈉對(duì)吸附陽離子紅染料纖維膜進(jìn)行再生處理。 3、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo) 技術(shù)關(guān)鍵:制備高強(qiáng)、高通量吸附分離纖維膜;吸附膜再生處理與重復(fù)使用。 主要技術(shù)指標(biāo): (1)粘均分子量:不小于40×104 g/mol(烏氏粘度計(jì)法); (2)聚苯乙烯纖維膜拉伸性能:強(qiáng)度不小于 4Mpa; 斷裂伸長率不小于0.5%; (3)磺化纖維膜平衡吸附量:不小于45mg/g(酸性環(huán)境,50ppm陽離子紅溶液); (4)吸附膜首次再生率:不小于 65%。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 1.科學(xué)性:本作品基于聚苯乙烯合成與靜電紡絲、膜增強(qiáng)與磺化處理、功能膜吸附分離與再生等技術(shù)來處理印染廢水。所得功能纖維膜的拉伸強(qiáng)度為4.5Mpa,膜孔尺寸介于納米與微米尺度之間,孔隙率大于70%,染料去除率大于95%,平衡吸附量49mg/g,再生后的吸附量達(dá)到首次吸附量的67%。纖維膜集中了微濾膜、超濾膜和納濾膜的優(yōu)點(diǎn)。 2.先進(jìn)性:(1)與超濾膜相比,此纖維膜的水通量接近,滲透阻力小,但超濾膜對(duì)染料無分離效果。 (2)與納濾膜相比,此膜染料吸附分離效果好,且在常壓進(jìn)行,納濾膜則需高壓下運(yùn)行。 (3)納濾膜孔尺寸小,膜污染現(xiàn)象嚴(yán)重,但此種膜孔徑遠(yuǎn)大于染料分子尺寸,染料分子截留是基于范德華力和離子鍵作用,故膜污染現(xiàn)象少。 (4)與離子交換與吸附纖維相比,此種膜表面積大,吸附分離效率高、速度快,易于再生。 (5)由于此種功能纖維膜的活性基團(tuán)為磺酸根與苯環(huán)基團(tuán),除處理陽離子染料廢水之外,還可處理許多其它類型的工業(yè)廢水。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- (1)《磺化電紡聚苯乙烯超細(xì)纖維膜的制備及其結(jié)構(gòu)與性能》,蘇州大學(xué)學(xué)報(bào)(工科版)(已錄用)。 (2)《SDBS對(duì)聚苯乙烯電紡行為及纖維氈的影響》,高分子材料科學(xué)與工程(EI收錄)(已錄用)。 (3)《輔助電極對(duì)聚苯乙烯電紡分裂行為的影響》,蘇州大學(xué)學(xué)報(bào)(工科版)(已錄用)。 (4)聚苯乙烯靜電紡絲溶液,國家發(fā)明專利,公開號(hào):CN101260571A。 (5)蘇州旭光聚合物有限公司與項(xiàng)目組達(dá)成合作開發(fā)協(xié)議。
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 希望技術(shù)入股,對(duì)產(chǎn)品與市場聯(lián)合開發(fā)。
作品可展示的形式
- 模型和樣品
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- (1) 這種高強(qiáng)超細(xì)功能纖維膜使用方法與超濾和微濾膜基本相同,但其吸附分離機(jī)理及作用與后兩者明顯不同。 (2) 高強(qiáng)超細(xì)功能纖維膜集高分子量聚苯乙烯合成、電紡、膜增強(qiáng)與磺化處理技術(shù)于一體,制得高強(qiáng)超細(xì)功能纖維膜;將功能纖維膜直接應(yīng)用于陽離子染料吸附與再生處理,其吸附分離作用顯著、膜再生效果好。 (3) 高強(qiáng)超細(xì)功能纖維膜表面積巨大,膜阻力小,水通量大,染料分離效果好,膜污染少,吸附與分離作用效率高、速度快,再生時(shí)間短、易于洗脫,可重復(fù)使用。 (4) 高強(qiáng)超細(xì)功能纖維膜可廣泛應(yīng)用許多類型工業(yè)廢水的處理,如含有機(jī)小分子化合物、陽離子染料廢水吸附分離處理。 (5) 據(jù)初步分析,染料廢水處理的市場容量超過100億,如果高強(qiáng)超細(xì)功能纖維膜分離技術(shù)的市場占有率以10%算,將有超過10億的市場容量。 (6)從技術(shù)經(jīng)濟(jì)層面分析,高強(qiáng)超細(xì)功能纖維膜的材料成本僅為2元/平方米,制造過程中溶劑與催化劑等可重復(fù)利用,工藝流程短,設(shè)備投資省,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于超濾膜1200元/ 平方米(參考市場售價(jià))的水平。
同類課題研究水平概述
- 據(jù)報(bào)道,紡織印染業(yè)廢水排放量占我國工業(yè)廢水排放量7.5%,印染廢水年排放量約為11.3億噸。染料廢水具有有機(jī)物濃度高、色度高、無機(jī)鹽含量高、成份復(fù)雜、可生化性差、脫色困難,一直是工業(yè)污水處理中的難點(diǎn),也是當(dāng)前國內(nèi)外水污染控制領(lǐng)域急需解決的難題之一。 染料廢水處理方法傳統(tǒng)上主要有Fenton法、臭氧氧化法、混凝法、生物處理法、電化學(xué)法、物理法、膜分離法。Fenton法存在處理費(fèi)用高,工藝條件復(fù)雜,過程不易控制等缺點(diǎn)。臭氧氧化法會(huì)產(chǎn)生急性、慢性毒性副產(chǎn)物,處理成本高?;炷ㄐ枰度氪罅康幕炷齽\(yùn)行費(fèi)用較高,泥渣量多且脫水困難,并且對(duì)親水性染料的處理效果差。生物處理法運(yùn)行成本較低、效果較好用,對(duì)可生化性較高的染料廢水BOD去除率較高,但是對(duì)色度的去除率卻不太理想。電化學(xué)法被稱為清潔處理法,但能耗、設(shè)備成本高,這使電化學(xué)法單獨(dú)應(yīng)用受到限制。物理法包括活性炭吸附法、膜分離法。盡管活性炭是一種優(yōu)良的吸附劑,但再生費(fèi)用昂貴,一般應(yīng)用于低濃度染料廢水處理。膜分離法可實(shí)現(xiàn)節(jié)水、減污和降耗等作用,但膜污染嚴(yán)重,處理成本高,這阻止了膜分離技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用。 近年來,離子交換與吸附纖維在國內(nèi)外逐漸受到廢水處理領(lǐng)域?qū)<覍W(xué)者的關(guān)注。電紡超細(xì)纖維膜與普通離子交換與吸附纖維相比,其直徑更小,比表面積更大,交換速度更快。因此,靜電紡絲技術(shù)在超細(xì)材料制備方面受到普遍重視。 馮淑芹等人在國內(nèi)外率先將超細(xì)電紡纖維應(yīng)用于模擬陽離子藍(lán)染料廢水處理,染料去除率與纖維再生利用進(jìn)步顯著,不過,他們將電紡纖維用作填料,并沒有直接利用其膜形式,當(dāng)然也沒有利用其高孔隙率特性,其主要原因在于:電紡膜的力學(xué)性能較差。 本作品在參考國內(nèi)外眾多研究成果的基礎(chǔ)上,結(jié)合高分子量聚苯乙烯合成、電紡、膜增強(qiáng)與磺化等技術(shù),制得超細(xì)功能纖維膜。 所得纖維膜同時(shí)集中了超濾、微濾與納濾分離膜的優(yōu)點(diǎn)于一體。主要表現(xiàn)在: 功能纖維膜表面積巨大,高于普通離子交換纖維;水通量與超濾膜相當(dāng);染料分離效果與納濾膜相當(dāng);且避開各自缺點(diǎn),膜阻力小,膜污染少,吸附與分離作用效率高、速度快,易于再生。 另外,直接將纖維膜應(yīng)用于模擬陽離子紅染料廢水靜態(tài)、動(dòng)態(tài)吸附處理,并在國內(nèi)外首次選用十二烷基苯磺酸鈉對(duì)吸附膜進(jìn)行再生處理,吸附分離與再生效果良好。