CN105664879A - 复合吸附膜、制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种去除水中氟的复合吸附膜，按质量分数由下列组份组成，层状镁铝复合氢氧化物、高分子聚合物和有机溶剂。所述高分子聚合物优选为聚醚砜、聚砜、聚偏氟乙烯的一种。所述有机溶剂为N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种。镁铝层状氢氧化物牢固镶嵌在高分子基质膜中，不易脱落；应用于高氟水处理中，可使氟含量降到1mg/L以下，达到国家生活饮用水卫生标准；制备工艺简单，并且复合膜可根据需要加工成膜器件，有利于实现工业化应用。

Description

复合吸附膜、制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及水处理领域，具体涉及一种复合吸附膜、制备方法及其应用。
背景技术
氟元素是人体的必需微量元素，但过量摄入氟元素会引起氟中毒，危害人体健康。《中华人民共和国生活饮用水卫生标准》规定：饮用水中氟化物的含量不得高于1.0mg/L。超过该标准的含氟水即为高氟水。高氟地下水在我国分布范围广泛，遍及全国27个省、市和自治区。据不完全统计，目前我国至少有6300多万人口长期饮用高氟水，因此我国也成为世界上地方性氟骨病的主要高发区之一。
当前，高氟水的处理方法有吸附法、离子交换法和反渗透法等。其中，吸附法因操作简单，成本低等优点得到较为广泛的应用。目前所用的吸附剂产品多为颗粒状或粉末状，在使用过程中容易破碎或残留在水体中，导致固液分离成本升高，甚至影响出水水质。例如，活性氧化铝颗粒除氟剂在水中浸泡一段时间后，会有大量氧化铝粉末从母粒上脱落进入水体中，造成二次污染。因此，有必要对现有的吸附剂成型技术进行改善和创新。
另有研究表明，层状镁铝复合氢氧化物具有比表面积大、层板带正电荷、层间阴离子可交换、亲水性好等特点，是一种高效的阴离子吸附材料。因此，该化合物在高氟水处理领域中拥有广阔的应用前景。但层状镁铝复合氢氧化物颗粒小、流动性差、易引起筛网堵塞，不利于实现固液分离，容易产生吸附剂流失和水体二次污染等问题，这极大限制了其在高氟水处理领域中的应用。因此，需要寻求一种简单易行的层状镁铝复合氢氧化物成型方法，既能保持其对氟离子的吸附能力，又能有效改善固液分离效果，促进其在高氟水处理方面的应用。
发明内容
本发明提供了一种去除水中氟的复合吸附膜，及其制备方法，解决了现有吸附材料使用过程中出现的回收困难，对水体容易造成二次污染的问题。
为了解决上述问题，本发明的技术方案是：
一种复合吸附膜，按质量分数由下列组份组成，7%～33%层状镁铝复合氢氧化物、13%～20%高分子聚合物和53%～73%有机溶剂。
进一步地，所述层状镁铝复合氢氧化物的分子式为Mg6Al3(OH)18(NO3)3·4H2O。
进一步地，所述高分子聚合物优选为聚醚砜、聚砜、聚偏氟乙烯的一种。
进一步地，所述有机溶剂为N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种。
上述复合吸附膜的制备方法
(1)称取层状镁铝复合氢氧化物、高分子聚合物和有机溶剂，将高分子聚合物加入有机溶剂中，在50-70℃下强烈搅拌一段时间后得到透明溶液。
(2)将层状镁铝复合氢氧化物研磨，过600目筛，加入步骤（1）所得的溶液中，在50-70℃下强烈搅拌一定时间，得到粉末状层状镁铝复合氢氧化物分散均匀的铸膜液。
(3)在室温下，将步骤（2）所得铸膜液均匀涂覆在洁净的玻璃板上，立即浸没在去离子水中，获得复合膜，于50～80℃下烘干，保存。
上述制备的复合吸附膜应用于高氟水处理过程中，去氟效果可以达到90%以上。
本发明有益效果在于：(1)通过控制层状镁铝复合氢氧化物和高分子聚合物的配比，层状镁铝复合氢氧化物的粒径，可调节复合膜的吸附能力和机械强度；(2)粉末状镁铝层状氢氧化物永久性镶嵌在高分子基质膜中三维孔径中；(3)应用于高氟水处理中，可使氟含量降到1mg/L以下，达到国家生活饮用水卫生标准，且实验重现性好；（4）制备工艺简单，并且复合膜可根据需要加工成膜器件，有利于实现工业化应用。
附图说明
图1为实施例3复合吸附膜的扫描电镜图断面图；
图2为对比例1高分子基质膜的扫描电镜图断面图。
具体实施方式
以下结合实施例进一步说明本发明。
一种复合吸附膜，按质量分数由下列组份组成，7%～33%层状镁铝复合氢氧化物、13%～20%高分子聚合物和53%～73%有机溶剂。
进一步地，所述高分子聚合物优选为聚醚砜、聚砜、聚偏氟乙烯的一种。
进一步地，所述有机溶剂为N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种。
进一步地，所述层状镁铝复合氢氧化物（分子式：Mg6Al3(OH)18(NO3)3·4H2O）采用水热法制备，具体过程为：
用Mg(NO3)2·6H2O和Al(NO3)3·9H2O配制金属离子混合溶液（A液），其中金属离子（Mg2+:Al3+）摩尔比为2:1，然后配制NaOH溶液（B液）。将等体积的A液和B液缓慢混合，控制pH值在10-11范围内，将混合液置于反应釜中，陈化一段时间，过滤，洗涤，干燥,研磨，过600目筛，备用。
实施例1
(1)将聚砜18重量份，加入N,N-二甲基甲酰胺73重量份，于65℃强烈搅拌2小时，得到透明的有机溶液。
(2)将层状镁铝复合氢氧化物9重量份，加入到上述有机溶液中，65℃下强烈搅拌24小时，得到层状镁铝复合氢氧化物分散均匀的铸膜液。
(3)在室温下，将上述铸膜液均匀涂覆在洁净的玻璃板上，立即浸没在去离子水中，得到厚度150μm的复合膜，70℃烘干，保存。
(4)称取0.3g干燥的复合膜放于50mL浓度为10mg/L的高氟水中；在25℃下静态吸附2.5小时后，测得氟离子去除率达66.3%，复合膜对氟离子的平衡吸附量为1.10mg/g。
实施例2
(1)将聚醚砜16重量份，加入N,N-二甲基乙酰胺67重量份，于65℃强烈搅拌2小时，得到透明的有机溶液。
(2)将层状镁铝复合氢氧化物17重量份，加入到上述有机溶液中，65℃下强烈搅拌24小时，得到层状镁铝复合氢氧化物分散均匀的铸膜液。
(3)在室温下，将上述铸膜液均匀涂覆在洁净的玻璃板上，立即浸没在去离子水中，得到厚度150μm的复合膜，70℃烘干，保存。
(4)称取0.3g干燥的复合膜放于50mL浓度为10mg/L的高氟水中；在25℃下静态吸附2.5小时后，测得氟离子去除率达87.1%，复合膜对氟离子的吸附量为1.44mg/g。
实施例3
(1)将聚醚砜14重量份，加入N,N-二甲基甲酰胺57重量份，于65℃强烈搅拌2小时，得到透明的有机溶液。
(2)将层状镁铝复合氢氧化物29重量份，加入到上述有机溶液中，65℃下强烈搅拌24小时，得到层状镁铝复合氢氧化物分散均匀的铸膜液。
(3)在室温下，将上述铸膜液均匀涂覆在洁净的玻璃板上，立即浸没在去离子水中，得到厚度150μm的复合膜，70℃烘干，保存。
(4)称取0.2g干燥的复合膜放于50mL浓度为10mg/L的高氟水中；在25℃下静态吸附2.5小时后，测得氟离子去除率达91.0%，复合膜对氟离子的吸附量为2.25mg/g。
实施例4
(1)将聚偏氟乙烯13重量份，加入N,N-二甲基甲酰胺53重量份，于65℃强烈搅拌2小时，得到透明的有机溶液。
(2)将层状镁铝复合氢氧化物33重量份，加入到上述有机溶液中，65℃下强烈搅拌24小时，得到层状镁铝复合氢氧化物分散均匀的铸膜液。
(3)在室温下，将上述铸膜液均匀涂覆在洁净的玻璃板上，立即浸没在去离子水中，得到厚度150μm的复合膜，70℃烘干，保存。
(4)称取0.2g干燥的复合膜放于50mL浓度为10mg/L的高氟水中；在25℃下静态吸附2.5小时后，测得氟离子去除率达94.0%，复合膜对氟离子的吸附量为2.65mg/g。
对比例1
(1)将聚醚砜14重量份，加入N,N-二甲基甲酰胺57重量份，于65℃强烈搅拌24小时，得到透明的铸膜液。
(2)在室温下，将上述铸膜液均匀涂覆在洁净的玻璃板上，立即浸没在去离子水中，得到厚度150μm的高分子基质膜，70℃烘干，保存。
从图1和图2可以看出粉末状镁铝层状氢氧化物牢固镶嵌在高分子基质膜中三维孔径中，且大量分布在指状孔中，由于高分子基质膜材料的特殊结构，镶嵌为永久性镶嵌，不会出现使用过程中镁铝复合氢氧化物脱落。

Claims (5)

1.一种复合吸附膜，其特征在于，按质量分数由下列组份组成，7%～33%层状镁铝复合氢氧化物、13%～20%高分子聚合物和53%～73%有机溶剂。
2.根据权利要求1所述的复合吸附膜，其特征在于，所述高分子聚合物为聚醚砜、聚砜、聚偏氟乙烯的一种。
3.根据权利要求2所述的复合吸附膜，其特征在于，所述有机溶剂为N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种。
4.一种权利要求1至3任一项所述的复合吸附膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)称取层状镁铝复合氢氧化物、高分子聚合物和有机溶剂，将高分子聚合物加入有机溶剂中，在50-70℃下强烈搅拌一段时间后得到透明溶液；
(2)将层状镁铝复合氢氧化物研磨，过600目筛，加入步骤（1）所得的溶液中，在50-70℃下强烈搅拌，得到粉末状层状镁铝复合氢氧化物分散均匀的铸膜液；
(3)在室温下，将步骤（2）所得铸膜液均匀涂覆在洁净的玻璃板上，立即浸没在去离子水中，获得复合膜，于50～80℃下烘干，保存。
5.权利要求1至3任一项所述的复合吸附膜在高氟水处理过程中的应用。
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