CN104815565A - 一种用于吸附重金属离子的纤维素复合膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于吸附重金属离子的纤维素复合膜的制备方法。本发明是以经发泡处理的细菌纤维素膜为基材，通过雾相界面聚合法在细菌纤维素膜上沉积具有吸附重金属离子功能的聚合物，获得可吸附污水中重金属离子的纤维素复合膜。本发明的制备方法简单，便于连续化生产。运用本发明方法制备的纤维素复合膜具有微-纳米多孔结构，增加了膜与污水的接触面积，提高了其吸附效率，使吸附重金属离子效果好，而且具有便于分离，可重复利用等优点。该吸附膜可广泛应用于工厂污水处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于吸附重金属离子的纤维素复合膜的制备方法。具体为采用雾相界面聚合的方法在细菌纤维素膜上沉积一种具有吸附重金属离子功能的高分子使其成为具有可吸附重金属离子功能的纤维素复合膜。属于重金属离子吸附材料制备领域。
背景技术
近年来，工业生产和城市化急速发展，人类的生产活动对环境的污染越来越严重。由于水是人类生存和发展的重要基础，因此水污染问题成为了一个迫切需要解决的问题，然而，在工业生产中，电镀、采矿、冶炼、印染、化工等行业排放的含有大量重金属粒子的污水对环境造成了巨大的污染，而且这些水体中的重金属污染物通过饮用水进入人体并在体内积累，导致机体的代谢途径受阻，危害人体健康，这引起了政府及社会各界的广泛关注。传统的处理含重金属粒子废水的方法包括化学沉淀法、电解法、溶剂萃取分离、离子交换法、膜分离技术、吸附法。这些方法在处理低浓度（100mg/L）污水时，操作频繁、运行费用高、易形成二次污染，而且存在着处理不彻底的问题。因此，必须采取有效措施对这些金属污染物进行有效的处理。深度处理和回收再利用重金属不仅能减少重金属污染物的排放、改善生态环境，还是解决水资源危机的重要途径之一。
发明内容
针对上述存在问题，本发明的目的在于提供了一种用于吸附重金属离子的纤维素复合膜的制备方法。为了实现上述目的，本发明的技术解决方案为：
一种用于吸附污重金属粒子的纤维素复合膜的制备方法，所述的制备方法按以下步骤进行：
A 细菌纤维素膜处理液的配置
将氢氧化钠、偶氮二甲酰胺、Span-80以10:10:1的比例分别依次加入300mL-500mL蒸馏水中搅拌溶解，得到细菌纤维素膜处理液；
B 细菌纤维素膜的处理
将用去离子水清洗后的细菌纤维素膜浸入经A步骤得到的细菌纤维素膜处理液中，60℃下恒温1h，之后取出用去离子水清洗；
C 细菌纤维素膜的雾相界面聚合
将浓度为0.5～1.5mol/L的单体溶液装入第一雾化器反应器（1）中，第一反应器（1）置入冷却水浴中，
将浓度为0.25～0.75mol/L的 FeCl3溶液装入第三雾化反应器（3）中，第三反应器（3）置于冷水浴中，
将经B步骤处理后的细菌纤维素膜置于第二反应器（2）的中间，细菌纤维素膜平面垂直于雾化管道的中心线，
同时开启第一雾化反应器（1）和第三雾化反应器（3）中的雾化器和气流瓶，使单体溶液和FeCl3溶液雾化成悬浮液滴随气流分别经导管进入到第二反应器（2）中细菌纤维素膜的两个表面，在细菌纤维素膜的表面发生聚合反应形成均匀的分子层，得到纤维素复合膜，其中，雾化时间为0.5～3h，雾化温度为20～70℃，雾化反应的残余溶液经管道流入收集器（4）中，雾化反应完成后，取出纤维素复合膜，分别用去离子水和无水乙醇清洗，置于冰箱中冷冻1h后于冷冻干燥机中干燥。
所述的单体溶液为吡咯溶液或苯胺溶液或噻吩溶液。
由于采用了以上技术方案，本发明一种用于吸附重金属离子的纤维素复合膜的制备方法，利用细菌纤维素膜柔顺性好，可任意弯曲等特点，将细菌纤维素膜作为吸附重金属离子的膜的基材，由于高分子对重金属离子吸附好，吸附、脱吸简单，利用喷雾聚合的方法，将高分子层沉积在膜上，从而可以在喷少量高分子溶液的情况下实现高分子层在膜的表面均匀分布，节约了高分子溶液，避免了溶液的污染和老化，提高了高分子层和膜之间的附着力。本发明制备方法简单，原料成本低，适合大规模生产。由本发明制备的纤维素复合膜具有良好的吸附重金属离子效果，重复利用性，柔韧性，耐磨性和服用性好等特点。可广泛用于工业处理废水，实现了污水重金属离子的再收集，节约了生产成本，保护了环境。膜的重复利用给污水处理提供了方便，节约了污水处理的成本。
附图说明
图1为本发明制备流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步详细描述。
见附图。
一种用于吸附重金属粒子的纤维素复合膜的制备方法，所述的制备方法按以下步骤进行：
A 细菌纤维素膜处理液的配置
将氢氧化钠、偶氮二甲酰胺、Span-80以10:10:1的比例分别依次加入300mL-500mL蒸馏水中搅拌溶解，得到细菌纤维素膜处理液；
B 细菌纤维素膜的处理
将用去离子水清洗后的细菌纤维素膜浸入经A步骤得到的细菌纤维素膜处理液中，60℃下恒温1h，之后取出用去离子水清洗；
C 细菌纤维素膜的雾相界面聚合
将浓度为0.5～1.5mol/L的单体溶液装入第一雾化器反应器（1）中，第一反应器（1）置入冷却水浴中，
将浓度为0.25～0.75mol/L的 FeCl3溶液装入第三雾化反应器（3）中，第三反应器（3）置于冷水浴中，
将经B步骤处理后的细菌纤维素膜置于第二反应器（2）的中间，细菌纤维素膜平面垂直于雾化管道的中心线，
同时开启第一雾化反应器（1）和第三雾化反应器（3）中的雾化器和气流瓶，使单体溶液和FeCl3溶液雾化成悬浮液滴随气流分别经导管进入到第二反应器（2）中细菌纤维素膜的两个表面，在细菌纤维素膜的表面发生聚合反应形成均匀的分子层，得到纤维素复合膜，其中，雾化时间为0.5～3h，雾化温度为20～70℃，雾化反应的残余溶液经管道流入收集器（4）中，雾化反应完成后，取出纤维素复合膜，分别用去离子水和无水乙醇清洗，置于冰箱中冷冻1h后于冷冻干燥机中干燥。
所述的单体溶液为吡咯溶液或苯胺溶液或噻吩溶液。
具体实施例
实施例一
按上述方法用去离子水反复清洗细菌纤维素膜，将清洗干净的细菌纤维素膜放在300ml加有6g氢氧化钠、6g偶氮二甲酰胺、0.6gSpan-80的蒸馏水中，然后在60℃下恒温处理1h，之后用去离子水清洗。配置0.5mol/L吡咯溶液和0.25mol/L的FeCl3溶液。将浓度为0.5的吡咯溶液装入第一雾化器反应器（1）中，第一反应器（1）置入冷却水浴中，将浓度为0.25的 FeCl3溶液装入第三雾化反应器（3）中，第三反应器（3）置于冷水浴中，将处理后的细菌纤维素膜置于第二反应器（2）的中间，细菌纤维素膜平面垂直于雾化管道的中心线，同时开启第一雾化反应器（1）和第三雾化反应器（3）中的雾化器和气流瓶，使吡咯溶液和FeCl3溶液雾化成悬浮液滴随气流分别经导管进入到第二反应器（2）中细菌纤维素膜的两个表面，在细菌纤维素膜的表面发生聚合反应形成均匀的分子层，得到纤维素复合膜，雾化0.5，雾化温度为20℃，雾化反应的残余溶液经管道流入收集器（4）中，雾化反应完成后，取出纤维素复合膜，分别用去离子水和无水乙醇清洗，置于冰箱中冷冻1h后于冷冻干燥机中干燥。
实施例二
按上述方法用去离子水反复清洗细菌纤维素膜，将清洗干净的细菌纤维素膜放在400ml加有8g氢氧化钠、8g偶氮二甲酰胺、0.8gSpan-80的蒸馏水中，然后在60℃下恒温处理1h，之后用去离子水清洗。配置1mol/L吡咯溶液和0.5mol/LFeCl3溶液。将吡咯溶液装入第一雾化器反应器（1）中，第一反应器（1）置入冷却水浴中，将FeCl3溶液装入第三雾化反应器（3）中，第三反应器（3）置于冷水浴中，将处理后的细菌纤维素膜置于第二反应器（2）的中间，细菌纤维素膜平面垂直于雾化管道的中心线，同时开启第一雾化反应器（1）和第三雾化反应器（3）中的雾化器和气流瓶，使吡咯溶液和FeCl3溶液雾化成悬浮液滴随气流分别经导管进入到第二反应器（2）中细菌纤维素膜的两个表面，在细菌纤维素膜的表面发生聚合反应形成均匀的分子层，得到纤维素复合膜，雾化1.5h，雾化温度为50℃，雾化反应的残余溶液经管道流入收集器（4）中，雾化反应完成后，取出纤维素复合膜，分别用去离子水和无水乙醇清洗，置于冰箱中冷冻1h后于冷冻干燥机中干燥。
实施例三
按上述方法用去离子水反复清洗细菌纤维素膜，将清洗干净的细菌纤维素膜放在500ml加有10g氢氧化钠、10g偶氮二甲酰胺、1gSpan-80的蒸馏水中，然后在60℃下恒温处理1h，之后用去离子水清洗。配置1.5mol/L吡咯溶液和0.75mol/LFeCl3溶液。将吡咯溶液装入第一雾化器反应器（1）中，第一反应器（1）置入冷却水浴中，将FeCl3溶液装入第三雾化反应器（3）中，第三反应器（3）置于冷水浴中，将处理后的细菌纤维素膜置于第二反应器（2）的中间，细菌纤维素膜平面垂直于雾化管道的中心线，同时开启第一雾化反应器（1）和第三雾化反应器（3）中的雾化器和气流瓶，使吡咯溶液和FeCl3溶液雾化成悬浮液滴随气流分别经导管进入到第二反应器（2）中细菌纤维素膜的两个表面，在细菌纤维素膜的表面发生聚合反应形成均匀的分子层，得到纤维素复合膜，雾化3h，雾化温度为70℃，雾化反应的残余溶液经管道流入收集器（4）中，雾化反应完成后，取出纤维素复合膜，分别用去离子水和无水乙醇清洗，置于冰箱中冷冻1h后于冷冻干燥机中干燥。
实施例四
按上述方法用去离子水反复清洗细菌纤维素膜，将清洗干净的细菌纤维素膜放在300ml加有6g氢氧化钠、6g偶氮二甲酰胺、0.6gSpan-80的蒸馏水中，然后在60℃下恒温处理1h，之后用去离子水清洗。配置0.5mol/L苯胺溶液和0.25mol/LFeCl3溶液。将苯胺溶液装入第一雾化器反应器（1）中，第一反应器（1）置入冷却水浴中，将FeCl3溶液装入第三雾化反应器（3）中，第三反应器（3）置于冷水浴中，将处理后的细菌纤维素膜置于第二反应器（2）的中间，细菌纤维素膜平面垂直于雾化管道的中心线，同时开启第一雾化反应器（1）和第三雾化反应器（3）中的雾化器和气流瓶，使苯胺溶液和FeCl3溶液雾化成悬浮液滴随气流分别经导管进入到第二反应器（2）中细菌纤维素膜的两个表面，在细菌纤维素膜的表面发生聚合反应形成均匀的分子层，得到纤维素复合膜，雾化0.5h，雾化温度为20℃，雾化反应的残余溶液经管道流入收集器（4）中，雾化反应完成后，取出纤维素复合膜，分别用去离子水和无水乙醇清洗，置于冰箱中冷冻1h后于冷冻干燥机中干燥。
实施例五
按上述方法用去离子水反复清洗细菌纤维素膜，将清洗干净的细菌纤维素膜放在400ml加有8g氢氧化钠、8g偶氮二甲酰胺、0.8gSpan-80的蒸馏水中，然后在60℃下恒温处理1h，之后用去离子水清洗。配置1mol/L苯胺溶液和0.5mol/LFeCl3溶液。将苯胺溶液装入第一雾化器反应器（1）中，第一反应器（1）置入冷却水浴中，将FeCl3溶液装入第三雾化反应器（3）中，第三反应器（3）置于冷水浴中，将处理后的细菌纤维素膜置于第二反应器（2）的中间，细菌纤维素膜平面垂直于雾化管道的中心线，同时开启第一雾化反应器（1）和第三雾化反应器（3）中的雾化器和气流瓶，使苯胺溶液和FeCl3溶液雾化成悬浮液滴随气流分别经导管进入到第二反应器（2）中细菌纤维素膜的两个表面，在细菌纤维素膜的表面发生聚合反应形成均匀的分子层，得到纤维素复合膜，雾化1.5h，雾化温度为50℃，雾化反应的残余溶液经管道流入收集器（4）中，雾化反应完成后，取出纤维素复合膜，分别用去离子水和无水乙醇清洗，置于冰箱中冷冻1h后于冷冻干燥机中干燥。
实施例六
按上述方法用去离子水反复清洗细菌纤维素膜，将清洗干净的细菌纤维素膜放在500ml加有10g氢氧化钠、10g偶氮二甲酰胺、1gSpan-80的蒸馏水中，然后在60℃下恒温处理1h，之后用去离子水清洗。配置1.5mol/L苯胺溶液和0.75mol/L的FeCl3溶液。将苯胺溶液装入第一雾化器反应器（1）中，第一反应器（1）置入冷却水浴中，将FeCl3溶液装入第三雾化反应器（3）中，第三反应器（3）置于冷水浴中，将处理后的细菌纤维素膜置于第二反应器（2）的中间，细菌纤维素膜平面垂直于雾化管道的中心线，同时开启第一雾化反应器（1）和第三雾化反应器（3）中的雾化器和气流瓶，使苯胺溶液和FeCl3溶液雾化成悬浮液滴随气流分别经导管进入到第二反应器（2）中细菌纤维素膜的两个表面，在细菌纤维素膜的表面发生聚合反应形成均匀的分子层，得到纤维素复合膜，雾化3h，雾化温度为70℃，雾化反应的残余溶液经管道流入收集器（4）中，雾化反应完成后，取出纤维素复合膜，分别用去离子水和无水乙醇清洗，置于冰箱中冷冻1h后于冷冻干燥机中干燥。
实施例七
按上述方法用去离子水反复清洗细菌纤维素膜，将清洗干净的细菌纤维素膜放在300ml加有6g氢氧化钠、6g偶氮二甲酰胺、0.6gSpan-80的蒸馏水中，然后在60℃下恒温处理1h，之后用去离子水清洗。配置0.5mol/L噻吩溶液和0.25mol/L的FeCl3溶液。将噻吩溶液装入第一雾化器反应器（1）中，第一反应器（1）置入冷却水浴中，将FeCl3溶液装入第三雾化反应器（3）中，第三反应器（3）置于冷水浴中，将处理后的细菌纤维素膜置于第二反应器（2）的中间，细菌纤维素膜平面垂直于雾化管道的中心线，同时开启第一雾化反应器（1）和第三雾化反应器（3）中的雾化器和气流瓶，使噻吩溶液和FeCl3溶液雾化成悬浮液滴随气流分别经导管进入到第二反应器（2）中细菌纤维素膜的两个表面，在细菌纤维素膜的表面发生聚合反应形成均匀的分子层，得到纤维素复合膜，雾化0.5h，雾化温度为20℃，雾化反应的残余溶液经管道流入收集器（4）中，雾化反应完成后，取出纤维素复合膜，分别用去离子水和无水乙醇清洗，置于冰箱中冷冻1h后于冷冻干燥机中干燥。
实施例八
按上述方法用去离子水反复清洗细菌纤维素膜，将清洗干净的细菌纤维素膜放在400ml加有8g氢氧化钠、8g偶氮二甲酰胺、0.8gSpan-80的蒸馏水中，然后在60℃下恒温处理1h，之后用去离子水清洗。配置1mol/L噻吩溶液和0.5mol/L的FeCl3溶液。将噻吩溶液装入第一雾化器反应器（1）中，第一反应器（1）置入冷却水浴中，将FeCl3溶液装入第三雾化反应器（3）中，第三反应器（3）置于冷水浴中，将处理后的细菌纤维素膜置于第二反应器（2）的中间，细菌纤维素膜平面垂直于雾化管道的中心线，同时开启第一雾化反应器（1）和第三雾化反应器（3）中的雾化器和气流瓶，使噻吩溶液和FeCl3溶液雾化成悬浮液滴随气流分别经导管进入到第二反应器（2）中细菌纤维素膜的两个表面，在细菌纤维素膜的表面发生聚合反应形成均匀的分子层，得到纤维素复合膜，雾化1.5h，雾化温度为50℃，雾化反应的残余溶液经管道流入收集器（4）中，雾化反应完成后，取出纤维素复合膜，分别用去离子水和无水乙醇清洗，置于冰箱中冷冻1h后于冷冻干燥机中干燥。
实施例九
按上述方法用去离子水反复清洗细菌纤维素膜，将清洗干净的细菌纤维素膜放在500ml加有10g氢氧化钠、10g偶氮二甲酰胺、1gSpan-80的蒸馏水中，然后在60℃下恒温处理1h，之后用去离子水清洗。配置1.5mol/L噻吩溶液和0.75mol/L的FeCl3溶液。将噻吩溶液装入第一雾化器反应器（1）中，第一反应器（1）置入冷却水浴中，将FeCl3溶液装入第三雾化反应器（3）中，第三反应器（3）置于冷水浴中，将处理后的细菌纤维素膜置于第二反应器（2）的中间，细菌纤维素膜平面垂直于雾化管道的中心线，同时开启第一雾化反应器（1）和第三雾化反应器（3）中的雾化器和气流瓶，使噻吩溶液和FeCl3溶液雾化成悬浮液滴随气流分别经导管进入到第二反应器（2）中细菌纤维素膜的两个表面，在细菌纤维素膜的表面发生聚合反应形成均匀的分子层，得到纤维素复合膜，雾化3h，雾化温度为70℃，雾化反应的残余溶液经管道流入收集器（4）中，雾化反应完成后，取出纤维素复合膜，分别用去离子水和无水乙醇清洗，置于冰箱中冷冻1h后于冷冻干燥机中干燥。
Claims (2)
1.一种用于吸附重金属离子的纤维素复合膜的制备方法，其特征在于,所述的制备方法按以下步骤进行：
A 细菌纤维素膜处理液的配置
将氢氧化钠、偶氮二甲酰胺、Span-80以10:10:1的比例分别依次加入300mL-500mL蒸馏水中搅拌溶解，得到细菌纤维素膜处理液；
B 细菌纤维素膜的处理
将用去离子水清洗后的细菌纤维素膜浸入经A步骤得到的细菌纤维素膜处理液中，60℃下恒温1h，之后取出用去离子水清洗；
C 细菌纤维素膜的雾相界面聚合
将浓度为0.5～1.5mol/L的单体溶液装入第一雾化器反应器（1）中，第一反应器（1）置入冷却水浴中，将浓度为0.25～0.75mol/L的 FeCl3溶液装入第三雾化反应器（3）中，第三反应器（3）置于冷水浴中，将经B步骤处理后的细菌纤维素膜置于第二反应器（2）的中间，细菌纤维素膜平面垂直于雾化管道的中心线，同时开启第一雾化反应器（1）和第三雾化反应器（3）中的雾化器和气流瓶，使单体溶液和FeCl3溶液雾化成悬浮液滴随气流分别经导管进入到第二反应器（2）中细菌纤维素膜的两个表面，在细菌纤维素膜的表面发生聚合反应形成均匀的分子层，得到纤维素复合膜，其中，雾化时间为0.5～3h，雾化温度为20～70℃，雾化反应的残余溶液经管道流入收集器（4）中，雾化反应完成后，取出纤维素复合膜，分别用去离子水和无水乙醇清洗，置于冰箱中冷冻1h后于冷冻干燥机中干燥。
2.如权利要求1所述的一种用于吸附重金属离子的纤维素复合膜的制备方法，其特征在于所述的单体溶液为吡咯溶液或苯胺溶液或噻吩溶液。
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