CN105948159A - 一种重金属吸附滤芯的制备方法 - Google Patents

一种重金属吸附滤芯的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种重金属吸附滤芯的制备方法，该方法中涉及的重金属吸附滤芯是以商用滤芯聚丙烯、聚砜、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、活性炭滤芯为载体，采用原位交联聚合法制备重金属吸附功能滤芯。通过浸渍、喷涂的方法，在商用滤芯的纤维表面涂覆重金属离子吸附功能层，经干燥、交联聚合后获得重金属吸附滤芯，相比于传统商用滤芯，增强了滤芯的重金属离子吸附性能。

Description

一种重金属吸附滤芯的制备方法
技术领域
本发明属于饮用水深度处理技术领域，涉及一种重金属吸附滤芯的制备方法。
背景技术
我国饮用水重金属污染的问题是关系人生命安全的重要问题。饮用水中重金属污染存在着隐蔽性、长期性和不可逆转性的特点，与其它类型污染大有不同。重金属中毒初期症状很轻微，很容易被人们忽视，但是长期的危害是非常大的。我国水质重金属污染严重，主要原因是和工业的发展有关，特别是化工厂的兴建、矿业的开发、沿岸工厂的污水排放等，都对水源造成了不同程度的重金属污染。重金属在水中不能被分解，在动植物和人体中容易积累，长期饮用含有重金属的水质，对人体的健康具有严重威胁。重金属能引起人的头痛、头晕、失眠、关节疼痛，尤其对消化系统、泌尿系统的细胞、脏器、皮肤、骨骼、神经破坏极为严重。具体表现在以下几点：铜会导致黄疸胰腺炎、红血球中毒、食道问题和贫血症；铅过量会导致肾病、神经痛、麻风病等；砷会导致神经炎、急性中毒甚至死亡；镉过量会导致骨骼变形，腰背痛、中毒、红血球病变等；汞会导致神经中毒症、精神紊乱、疯狂、痉挛乃至死亡；铬会导致肾脏慢性中毒，造成肾功能紊乱、癌。
现有饮用水处理技术中，反渗透和离子交换技术是处理重金属污染的核心技术，但是反渗透成本较高、离子交换树脂再生方法复杂成本高限制了这两项技术的广泛使用，而由于人们对饮用水安全的要求越来越高，开发高效、低成本的饮用水中重金属处理技术具有广泛的市场需求和良好的应用前景。
发明内容
本发明目的在于，提供一种重金属吸附滤芯的制备方法，该方法中涉及的重金属吸附滤芯是以商用滤芯为载体，采用原位交联聚合法制备重金属吸附功能滤芯。通过浸渍、喷涂的方法，在商用滤芯的纤维表面涂覆重金属离子吸附功能层，经干燥、交联聚合后获得重金属吸附滤芯，相比于传统商用滤芯，增强了滤芯的重金属离子吸附性能。
本发明所述的一种重金属吸附滤芯的制备方法，采用原位聚合法制备重金属吸附功能涂层滤芯，具体制备步骤如下：
a、滤芯预处理：将商用滤芯为聚丙烯、聚砜、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈或活性炭滤芯水洗，醇洗后，温度30-80℃干燥备用；
b、预处理液配制：将预处理剂为聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮或聚乙二醇溶于水中，配制成浓度为1-10％的处理液；
c、将步骤a中处理后的滤芯浸入步骤b中的处理液中，静置1-5h，得到处理后滤芯；
d、浸渍液配制：将涂覆剂为醋酸纤维素、聚丙烯酸、聚丙烯腈或聚乙烯醇溶于热水中，配制成浓度为1-10％的浸渍液Ⅰ；再将功能剂为食品级壳聚糖、食品级海藻酸钠或食品级羟丙基纤维素溶于水中，配制成浓度为1-10％的浸渍液Ⅱ；将浸渍液Ⅰ和浸渍液Ⅱ充分混合，并加入1-10％的交联剂为京尼平、环氧氯丙烷、N,N-亚甲基双丙烯酰胺或戊二醛，得到浸渍液Ⅲ，再将浸渍液Ⅲ中加入催化剂为甲醇0.05-0.2％和乙酸0.05-0.2％；
e、将步骤c中处理后滤芯迅速浸入步骤d中，静置1-5h，得到浸渍后滤芯；
f、将步骤e浸渍后滤芯在温度30-120℃条件下干燥，按常规方法交联聚合；
g、重复e和f步骤3-10次，获得重金属吸附滤芯。
本发明所述的一种重金属吸附滤芯的制备方法，该滤芯的特点主要有：(1)以商用滤芯：聚丙烯(PP)滤芯、聚砜(PES)滤芯、聚偏氟乙烯(PVDF)滤芯、聚丙烯腈(PAN)滤芯或活性炭滤芯为载体；(2)通过原位交联聚合法涂覆重金属吸附功能层；(3)功能层具有良好的重金属吸附性能。
本发明中的原位交联聚合法是制备重金属吸附剂的常用方法，本领域技术人员可以根据本发明实施案例所提供的技术方案，得到技术启示，采用不同的配比和原料，获得具有同样功能的重金属吸附滤芯。
有益效果：本发明所述的一种重金属吸附滤芯的制备方法，通过原位交联聚合法在商用滤芯纤维表面涂覆重金属吸附功能层，相比于传统商用滤芯，增强了滤芯的重金属离子吸附性能。
本发明实施例中使用的滤芯载体是商用滤芯--聚丙烯(PP)、聚砜(PES)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈(PAN)或活性炭滤芯，并通过原位交联聚合法，获得重金属吸附滤芯，由此推断：当采用其他相似载体时，也能实现本发明的技术效果。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明；
实施例1
a、滤芯预处理：将商用滤芯为聚丙烯(PP)滤芯200mL水洗，200mL醇洗后，温度30℃干燥备用；
b、预处理液配制：将预处理剂为聚丙烯酸溶于水中，配制成体积浓度为1％的处理液；
c、将步骤a中处理后的滤芯浸入步骤b中的处理液中，静置1h，得到处理后滤芯；
d、浸渍液配制：将涂覆剂为醋酸纤维素溶于热水中，配制成体积浓度为1％的浸渍液Ⅰ；再将功能剂为食品级壳聚糖溶于水中，配制成浓度为1％的浸渍液Ⅱ；将浸渍液Ⅰ和浸渍液Ⅱ充分混合，并加入1％的交联剂为京尼平，得到浸渍液Ⅲ，再将浸渍液Ⅲ中加入催化剂为甲醇0.05％和乙酸0.05％；
e、将步骤c中处理后滤芯迅速浸入步骤d中，静置1-5h，得到浸渍后滤芯；
f、将步骤e浸渍后滤芯在温度30℃条件下干燥，按常规方法交联聚合；
g、重复e和f步骤3次，获得重金属吸附聚丙烯(PP)滤芯。
实施例2
a、滤芯预处理：将商用滤芯为聚砜(PAA)滤芯200mL水洗，200mL醇洗后，温度50℃干燥备用；
b、预处理液配制：将预处理剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于水中，配制成体积浓度为3％的处理液；
c、将步骤a中处理后的滤芯浸入步骤b中的处理液中，静置2h，得到处理后滤芯；
d、浸渍液配制：将涂覆剂为聚丙烯酸溶于热水中，配制成体积浓度为3％的浸渍液Ⅰ；再将功能剂为食品级海藻酸钠溶于水中，配制成体积浓度为3％的浸渍液Ⅱ；将浸渍液Ⅰ和浸渍液Ⅱ充分混合，并加入5％的交联剂为环氧氯丙烷，得到浸渍液Ⅲ，再将浸渍液Ⅲ中加入催化剂为甲醇0.1％和乙酸0.1％；
e、将步骤c中处理后滤芯迅速浸入步骤d中，静置2h，得到浸渍后滤芯；
f、将步骤e浸渍后滤芯在温度50℃条件下干燥，按常规方法交联聚合；
g、重复e和f步骤5次，获得重金属吸附聚砜(PES)滤芯。
实施例3
a、滤芯预处理：将商用滤芯为聚偏氟乙烯(PVDF)滤芯200mL水洗，200mL醇洗后，温度40℃干燥备用；
b、预处理液配制：将预处理剂为聚乙二醇(PEG)溶于水中，配制成体积浓度为5％的处理液；
c、将步骤a中处理后的滤芯浸入步骤b中的处理液中，静置3h，得到处理后滤芯；
d、浸渍液配制：将涂覆剂为聚丙烯腈(PAN)溶于热水中，配制成体积浓度为5％的浸渍液Ⅰ；再将功能剂为食品级羟丙基纤维素溶于水中，配制成体积浓度为5％的浸渍液Ⅱ；将浸渍液Ⅰ和浸渍液Ⅱ充分混合，并加入5％的交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺，得到浸渍液Ⅲ，再将浸渍液Ⅲ中加入催化剂为甲醇0.08％和乙酸0.08％；
e、将步骤c中处理后滤芯迅速浸入步骤d中，静置3h，得到浸渍后滤芯；
f、将步骤e浸渍后滤芯在温度600℃条件下干燥，按常规方法交联聚合；
g、重复e和f步骤7次，获得重金属吸附聚偏氟乙烯(PVDF)滤芯。
实施例4
a、滤芯预处理：将商用滤芯为聚丙烯腈(PAN)滤芯200mL水洗，200mL醇洗后，温度70℃干燥备用；
b、预处理液配制：将预处理剂为聚丙烯酸(PAA)溶于水中，配制成体积浓度为8％的处理液；
c、将步骤a中处理后的滤芯浸入步骤b中的处理液中，静置4h，得到处理后滤芯；
d、浸渍液配制：将涂覆剂为聚乙烯醇溶于热水中，配制成体积浓度为8％的浸渍液Ⅰ；再将功能剂为食品级壳聚糖溶于水中，配制成体积浓度为8％的浸渍液Ⅱ；将浸渍液Ⅰ和浸渍液Ⅱ充分混合，并加入8％的交联剂为戊二醛，得到浸渍液Ⅲ，再将浸渍液Ⅲ中加入催化剂为甲醇0.15％和乙酸0.15％；
e、将步骤c中处理后滤芯迅速浸入步骤d中，静置5h，得到浸渍后滤芯；
f、将步骤e浸渍后滤芯在温度100℃条件下干燥，按常规方法交联聚合；
g、重复e和f步骤8次，获得重金属吸附聚丙烯腈(PAN)滤芯。
实施例5
a、滤芯预处理：将商用滤芯为活性炭滤芯200mL水洗，200mL醇洗后，温度80℃干燥备用；
b、预处理液配制：将预处理剂为聚丙烯酸(PAA)溶于水中，配制成浓度为10％的处理液；
c、将步骤a中处理后的滤芯浸入步骤b中的处理液中，静置5h，得到处理后滤芯；
d、浸渍液配制：将涂覆剂为聚乙烯醇(PVA)溶于热水中，配制成浓度为10％的浸渍液Ⅰ；再将功能剂为食品级壳聚糖溶于水中，配制成浓度为10％的浸渍液Ⅱ；将浸渍液Ⅰ和浸渍液Ⅱ充分混合，并加入10％的交联剂为戊二醛，得到浸渍液Ⅲ，再将浸渍液Ⅲ中加入催化剂为甲醇0.2％和乙酸0.2％；
e、将步骤c中处理后滤芯迅速浸入步骤d中，静置5h，得到浸渍后滤芯；
f、将步骤e浸渍后滤芯在温度120℃条件下干燥，交联聚合；
g、重复e和f步骤10次，获得重金属吸附活性炭滤芯的滤芯。
实施例6
将实施例1-5任意一种重金属吸附滤芯，组装到商用净水器的最后端，作为终端处理；商用净水器主要有四部分组成---PP棉过滤器、活性炭过滤器、超滤器、活性炭深度过滤器；以含Hg2+离子浓度为5ppb的自来水为目标处理液，用恒流泵将含Hg2+离子打入过滤器进水口，流速为0.5L/h，进行连续进水处理；在出水口连续取样，连续监测出水中Hg2+离子浓度；入水Hg2+离子浓度为5ppb，出水去除率达到90％，出水达到国家生活饮用水卫生标准。

Claims (1)

1.一种重金属吸附滤芯的制备方法，其特征在于采用原位聚合法制备重金属吸附功能涂层滤芯，具体制备步骤如下：
a、滤芯预处理：将商用滤芯为聚丙烯、聚砜、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈或活性炭滤芯水洗，醇洗后，温度30-80℃干燥备用；
b、预处理液配制：将预处理剂为聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮或聚乙二醇溶于水中，配制成浓度为1-10%的处理液；
c、将步骤a中处理后的滤芯浸入步骤b中的处理液中，静置1-5h，得到处理后滤芯；
d、浸渍液配制：将涂覆剂为醋酸纤维素、聚丙烯酸、聚丙烯腈或聚乙烯醇溶于热水中，配制成浓度为1-10%的浸渍液Ⅰ；再将功能剂为食品级壳聚糖、食品级海藻酸钠或食品级羟丙基纤维素溶于水中，配制成浓度为1-10%的浸渍液Ⅱ；将浸渍液Ⅰ和浸渍液Ⅱ充分混合，并加入1-10%的交联剂为京尼平、环氧氯丙烷、N,N-亚甲基双丙烯酰胺或戊二醛，得到浸渍液Ⅲ，再将浸渍液Ⅲ中加入催化剂为甲醇0.05-0.2%和乙酸0.05-0.2%；
e、将步骤c中处理后滤芯迅速浸入步骤d中，静置1-5h，得到浸渍后滤芯；
f、将步骤e浸渍后滤芯在温度30-120℃条件下干燥，按常规方法交联聚合；
g、重复e和f步骤3-10次，获得重金属吸附滤芯。
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