功能性复合炭膜的开发及应用

     

    项目名称

    功能性复合炭膜的开发及应用

    承担部门

    研发部

    项目负责人

    董平

    主要参与人员

    蔡彤、武少禹、谢秀风、王娜娜、汤永永

    项目时间

    2019.08-2021.07

    关键词

    南京水联天下海水淡化研究院

    简介

    近年来,由于我国水污染严重,社会大众的健康意识普遍增强,我国净水行业快速发展,潜在的市场规模巨大,预计将达 4000 亿元,有媒体称这是 21 世纪家电行业的仅有的一块蛋糕。事实上,在净水行业快速发展的背后是技术的匮乏,中央和地方的各级政府深刻意识到发展直饮水净化核心技术对保障人民饮用水健康的重要性,为此,2015 年中央常务委员会审议通过的《水十条》中第四条明确提出强化科技支撑,攻关研发包括“饮用水微量有毒污染物处理”在内的前沿技术。

    然而我国水质情况复杂,有的地方饮用水的微污染情况严重(包括微生物、胶体、抗生素、消毒副产物、重金属等),纳滤膜在规模化应用时需要进行前处理,滤除余氯、胶体等物质;同时,纳滤膜能滤除重金属、有机物等,但是其对200Da 以下分子量的有机污染物(例如自来水消毒副产物、抗生素、农药、药品残留物等等)去除能力有限,还需要配套技术共同作用。

    当前,炭膜在净水领域应用中还面临着以下难题:1)微生物二次污染问题;2)我国有机微污染相对较严重,纳滤膜甚至反渗透膜通常对有机小分子的滤除功效不佳,炭膜因具有大量微孔结构的活性炭以及独特的多孔水通道,被认为是去除有机污染物的优良过滤材料。发展氧化石墨烯掺杂的改性活性炭,进而生产国际首例具有高效滤除水体有机微污染物的复合炭膜,开发并产业化氧化石墨烯复合炭膜可填补该项技术的国内空白,有广阔的市场前景。

    拟筹建的研究院将依托中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国 家重点实验室,由国内行业知名专家领衔,南京经济技术开发区政府平台与南京水杯子净水科技有限公司合作成立的独立法人机构。

    南京水联天下海水淡化技术研究院将在中科院广州地化所前期获得国 家自然科学二等奖和国 家科技进步二等奖等水处理领域重要成果基础上,在行业知名专家带领下,组织高水平研发队伍,承担水处理领域战略性、前瞻性科学研究任务。强调为国 家和社会服务的要求,围绕国 家水资源安全保障发展需求,开展水处理领域关键共性技术研究、支柱水处理产业化核心技术开发,解决水处理产业发展中的技术瓶颈。

    研究院将吸引高端人才到院进行创新创业,培养和造就高水平科技领军人才和创新创业人才。以技术成果为纽带,联合产业基金和社会资本,搭建公共服务材料、水质检测实验室,孵化引育对应产业方向的各式科技项目,成为水处理领域从科研成果转化为市场应用的加工厂。构建高端水处理领域行业联盟,搭建专业化技术转移平台,开展科技成果向市场应用的转化,创新成果转化体制机制,积极开展技术服务,加快推动水处理领域科技成果向市场转化。

    海水淡化技术属高端水处理领域,涉及海洋、化工、材料、环境、生物等多个学科,是大量高新技术的集成。研究院将针对水处理领域共性技术、产业化关键技术和发展战略,承担水处理领域战略性、前瞻性科学研究任务,强调为国 家和社会服务的要求,围绕国 家水资源安全保障发展需求,结合研究院现实能力,设置研究领域为:环境地球化学过程污染物示踪、海水淡化技术、污水处理技术、纯水制备、水净化与再利用技术、膜科学与技术、净水工程和物联网大数据技术研究等 7 个重点研究方向和 22 个子课题。

    研究院将发挥科技引领、创新示范、产业集聚、开放合作的作用,初步形成科研开发、检测评价、孵化转化、交流培训、信息集成等功能。

    研发内容

    研发内容:

    子课题一:抑菌炭膜

    1)    纳米复合活性炭的制备与性能评估,包括其抑菌功效、安全性及长效性等;

    2)    抑菌炭膜的制备工艺开发,主要研究其成型方法、炭料配方,兼顾考虑制造 的简易性及成本的考量;

    3)    抑菌炭膜的整体功效评估,包括抑菌效果、除氯性能、安全性及长效性等。

    子课题二:氧化石墨烯复合炭膜

    1)    氧化石墨烯复合活性炭材料的制备与性能评估,包括其对有机物的吸附功效、 吸附容量、吸附的动力学进程、安全性等;

    2)    氧化石墨烯复合炭膜(GO 炭膜)的制备,重点评估成型温度对炭膜质量的影响,炭料配方对炭膜功效的影响;

    3)    氧化石墨烯复合炭膜(GO 炭膜)对去除有机物的功效评估,包括对 COD 的去 除率、对乙酰水杨酸有机小分子的去除效率、动力学进程,GO 炭膜尺寸大小对有 机物的去除效率的影响,GO 炭膜的安全性能。

    子课题三:阻垢炭膜

    1)    阻垢碳膜的制备与性能评估,包括其阻垢率、安全性和长效性。

    2)    阻垢炭膜的制备工艺开发,主要研究其成型方法、炭料配方,兼顾考虑制造 的简易性及成本的考量;

    3)    阻垢炭膜的整体功效评估,包括阻垢效果、除氯性能、安全性及长效性等。

     

    技术指标:

    1)    抑菌炭膜

    抑菌率:全程≧70%,测试标准 ASTM E2149-2010(在动态接触条件下固定抗容菌剂抗菌活性测定的标准试验方法,Determining  the   Antimicrobial   Activity of

    lmmobilized Antimicrobial Agents under Dynamic Contact Conditions);

    除氯功效:净水量≧7000L,尺寸标准 10 寸(长:254mm,外径:63mm), 余氯加标浓度:2ppm,余氯去除率≧80%

    安全性:符合《生活饮用水输配水设备及防护材料卫生安全评价规范》中相 关标准。

    2)    氧化石墨烯复合炭膜:可高效去除有机微污染物,包括通用 COD 指标、 以阿司匹林为代表的有机小分子污染物。

    CODMn 法)去除率:全程≧80%,测试标准:挑战液 COD30 (以酒石酸 为挑战物质);

    阿司匹林(乙酰水杨酸)去除率:全程≧80%。 净水量:≧7000L,尺寸标准 10 寸(长:254mm,外径:63mm)。

    安全性:符合《生活饮用水输配水设备及防护材料卫生安全评价规范》中相关标准。

    3)    阻垢炭膜

    阻垢率:全程≧80%。采用 CaSO4、MgSO4、CaCl2、MgCl2 配置溶液为原水(总 硬度≥900mg/L),碳棒尺寸以 10 吋为准(长:254mm,外径:63mm),净 水量≧7000L;测试标准按 GB/T5750-2006。

    除氯功效:净水量≧7000L,尺寸标准 10 寸(长:254mm,外径:63mm), 余氯加标浓度:2ppm,余氯去除率≧80%

    安全性:符合《生活饮用水输配水设备及防护材料卫生安全评价规范》中相关标准。

    项目开发

    预期效益

    1)    利用功能性炭膜的优良特性,生产国际首例具有高效滤除水体有机微污染物的复合炭膜,有广阔的市场前景,利于研究院的长远发展。

    2)    形成功能性炭膜方面的技术成果,借助研究院的成果转化功能,三年内预计形成技术服务收入 100 万元;

    3)    项目预计申请发明专利 2 项,新增 3 人就业。

    上一页:基于物联网的模块化撬装式海水淡化设备的开发
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