本發(fā)明屬于膜分離技術領域，具體涉及一種氨解吸膜及其制備方法。
背景技術：
含氨廢水的處理一直是環(huán)保監(jiān)控的重點，含氨廢水涉及的行業(yè)較廣，如鋼鐵(包括配套的煉焦化工)、煤化工(包括煤氣化和煤液化及其下游產(chǎn)業(yè))、煉油、化肥、稀土、無機化工、玻璃制造、肉類加工和飼料生產(chǎn)等，一直以分布廣、排放量大和處理成本高成為工業(yè)水環(huán)境處理領域的難點和熱點，其中尤其以煤化工過程排放含氨廢水為甚。煤化工企業(yè)排放廢水以高濃度煤氣洗滌廢水為主，含有大量酚、氰、油、氨氮等有毒有害物質(zhì)。以煤氣化為例，魯奇爐固定床工藝產(chǎn)生廢水COD含量為2500～23000mg/L、氨氮含量3500～9000mg/L。
鑒于煤化工廢水組成復雜，COD和氨氮含量較高，廢水處理通常包括三個階段，預處理、生化處理、深度處理。預處理階段主要是為了保證生化進水指標，對其中的油類、懸浮物、酚和氨氮進行處理，如COD控制在3000mg/L以下、氨氮控制在300mg/L以下；通過生化處理進一步將COD控制在100mg/L以下、氨氮控制在10mg/L以下；生化處理后可根據(jù)達標排放或回用系統(tǒng)選擇不同的深度處理工藝。
由于生化處理對預處理后的氨氮含量較為敏感，當生化入水中氨氮含量高于300mg/L，生化菌的活性將大幅下降，直接影響生化出水指標。而預處理中唯一控制氨氮指標的即為廢水脫氨工序，因此廢水脫氨是含氨廢水處理的關鍵步驟，其對處理后廢水能否達標排放和廢水處理過程成本至關重要。據(jù)不完全統(tǒng)計，在上述氣浮除油、溶劑脫酚、廢水脫氨、生化處理等處理步驟中，脫氨成本占40％以上。
目前廢水脫氨通常是熱法脫氨工藝，從最初的直接蒸汽汽提工藝、逐步發(fā)展為蒸汽汽提工藝、導熱油蒸氨工藝、管式爐蒸氨工藝、再到最近研發(fā)的煙道氣蒸氨工藝，呈現(xiàn)出能耗逐步下降的趨勢，噸水熱耗由原來的0.12Mkcal/噸廢水下降至0.05Mkcal/噸廢水。盡管廢水脫氨技術在節(jié)能方面已經(jīng)取得了較大的進步，但熱法回收氨的能效較低，需要加熱設備和龐大的汽液傳質(zhì)分離設備。
投資小、成本低的膜法處理含氨廢水逐漸成為研究者關注的焦點。膜法處理包括膜蒸餾法、膜解析法以及膜蒸餾和膜吸收兩者的結合。膜解吸法可同時實現(xiàn)脫氨和形成資源化產(chǎn)品，如硫酸銨、硝酸銨和氯化銨等，近年來越來越受到人們的關注。但是目前采用膜解吸法從廢水中分離氨的通量在1.2～1.5kg氨/(m2·h)，分離因子(定義為透過膜氨與水質(zhì)量之比)為2～2.5，解吸膜性能可進一步提高。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提出一種氨解吸膜及其制備方法，具體技術方案如下：
氨解吸膜，為一種中空纖維膜，由基底膜材和傳質(zhì)促進劑組成；所述基底膜材為聚丙烯(PP)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)中的一種及以上，并以任意比例混合；所述傳質(zhì)促進劑為分子篩、硅膠、活性炭、鹵化物、二氧化硅、二氧化鈦、碳納米管、氧化石墨烯和有機金屬框架化合物等納米顆粒中的一種及以上，并以任意比例混合。
所述傳質(zhì)促進劑的加入量為基底膜材重量的0.1～30％。
氨解吸膜的制備方法，具體包括如下步驟：
1)將基底膜材加熱熔融，加入傳質(zhì)促進劑，攪拌分散，使基底膜材和傳質(zhì)促進劑混合均勻；
2)將步驟1)中的混合料壓成圓柱體胚料，制備中空管；
3)將步驟2)中的中空管拉伸，初步制備出中空纖維膜；
4)將步驟3)中的中空纖維膜進行熱定型，得到結構和形貌得以固化的中空纖維膜，至此氨解吸膜制備完成。
步驟1)中所述基底膜材為聚丙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯中的一種及以上；所述傳質(zhì)促進劑為分子篩、硅膠、活性炭、鹵化物、二氧化硅、二氧化鈦、碳納米管、氧化石墨烯和有機金屬框架化合物中的一種及以上；基底膜材加熱熔融的溫度為200～400℃，攪拌分散的時間為0.5～2h。
步驟2)中壓坯條件為壓力2.5～3.0MPa，時間30～60s；中空管的外徑為1.5～3mm、內(nèi)徑為1～2.5mm、厚度為0.2～1.0mm。
步驟3)中拉伸溫度為200～400℃，拉伸率為150～300％。
步驟4)中熱定型的溫度為300～400℃，時間30-300min。
步驟4)中得到的中空纖維膜的外徑為1～2mm、內(nèi)徑為0.5～1.5mm、厚度為0.2～0.6mm，孔徑為0.1～1μm。
本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明在基底膜材聚丙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯中加入分子篩、硅膠、活性炭、鹵化物、二氧化硅、二氧化鈦、碳納米管、氧化石墨烯和有機金屬框架化合物等傳質(zhì)促進劑，制備氨解吸膜。與現(xiàn)有常用的聚丙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯等氨解吸膜材料相比，本發(fā)明氨解吸膜的氨通量可提高至2kg/(h·m2)以上，分離因子可提高至5以上，有效促進了氨在膜相的吸附-擴散速率，大幅提升了氨解吸膜的傳質(zhì)性能。
附圖說明
圖1為氨解吸膜的制備流程圖。
具體實施方式
本發(fā)明提出了一種氨解吸膜及其制備方法，下面結合實施例作進一步說明。
實施例1
(1)熱熔分散：將聚丙烯(PP)于250℃加熱熔融，加入重量為PP 3.5％的ZSM-5分子篩納米顆粒，高速強力攪拌、分散0.5h，混合均勻；
(2)擠出：將步驟(1)中的混合料送入壓坯機，在2.6MPa壓力下，壓坯30s，壓成圓柱體胚料，通過擠出機，擠出外徑為1.6mm、內(nèi)徑為1.2mm、厚度為0.4mm的中空管；
(3)拉伸：將步驟(2)中的中空管通過拉伸機，在220℃、拉伸率為160％條件下進行拉伸；
(4)熱定型：將步驟(3)中的中空纖維膜在溫度320℃條件下進行熱定型，得到結構和形貌得以固化的外徑為1mm、內(nèi)徑為0.8mm、厚度為0.2mm、孔徑為0.22μm的中空纖維膜，即得到氨解吸膜。
測定其氨通量為2.1kg/(h·m2)，分離因子為5.3。
實施例2
(1)熱熔分散：將聚偏氟乙烯(PVDF)于300℃加熱熔融，加入重量為PP 5.5％的氯化鎂納米顆粒，高速強力攪拌、分散1h，混合均勻；
(2)擠出：將步驟(1)中的混合料送入壓坯機，在2.8MPa壓力下，壓坯45s，壓成圓柱體胚料，通過擠出機，擠出外徑為1.8mm、內(nèi)徑為1.3mm、厚度為0.5mm的中空管；
(3)拉伸：將步驟(2)中的中空管通過拉伸機，在300℃、拉伸率為180％條件下進行拉伸；
(4)熱定型：將步驟(3)中的中空纖維膜在溫度340℃條件下進行熱定型，得到結構和形貌得以固化的外徑為1.2mm、內(nèi)徑為0.9mm、厚度為0.3mm、孔徑為0.2μm的中空纖維膜，即得到氨解吸膜。
測定其氨通量為2.3kg/(h·m2)，分離因子為5.2。
實施例3
(1)熱熔分散：將聚四氟乙烯(PTFE)于360℃加熱熔融，加入重量為PTFE 7.5％的二氧化硅納米顆粒，高速強力攪拌、分散1h，混合均勻；
(2)擠出：將步驟(1)中的混合料送入壓坯機，在3.0MPa壓力下，壓坯60s，壓成圓柱體胚料，通過擠出機，擠出外徑為2.0mm、內(nèi)徑為1.5mm、厚度為0.5mm的中空管；
(3)拉伸：將步驟(2)中的中空管通過拉伸機，在360℃、拉伸率為150％條件下進行拉伸；
(4)熱定型：將步驟(3)中的中空纖維膜在溫度360℃條件下進行熱定型，得到結構和形貌得以固化的外徑為1.3mm、內(nèi)徑為1.0mm、厚度為0.3mm、孔徑為0.25μm的中空纖維膜，即得到氨解吸膜。
測定其氨通量為2.1kg/(h·m2)，分離因子為5.5。