CN106378011A - 一种含聚苯乙烯磺酸钠的吸附超滤膜及制备方法 - Google Patents

一种含聚苯乙烯磺酸钠的吸附超滤膜及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种含聚苯乙烯磺酸钠的吸附超滤膜及制备方法。所述的吸附超滤膜包含聚苯乙烯磺酸钠（3‑50wt%）和聚合物（97‑‑50wt%）。所述方法按以下步骤进行：1、聚合物悬浮液的制备；2、吸附超滤膜的制备。该超滤膜可用于水质净化，以除去水中的大分子、胶体和有害的阳离子，具有吸附快、再生效果好的特点。

Description

一种含聚苯乙烯磺酸钠的吸附超滤膜及制备方法
技术领域
本发明涉及到化学工程领域，特别涉及到一种含聚苯乙烯磺酸钠的吸附超滤膜及制备方法。
背景技术
水环境中重金属污染物具有持续性、剧毒性和难降解性等特点，重金属污染已成为关系到人类健康和生存的重大环境问题，对环境和公众健康构成了严重威胁，已经引起广泛关注。重金属污染源主要包含人工源和自然源两类，其中人工源是造成水源水中重金属污染的主要原因，主要来自矿山、冶金、电子、电镀、石油和化肥生产等工业排水。重金属离子可以富集在微生物、水生植物和动物等生物体内，并通过食物链进入人体，导致重金属离子在不同器官内富集，进而影响人体健康．因此，重金属污染已经成为水环境中重要问题之一。
目前，常用的重金属离子去除方法有化学沉淀、吸附、电解、离子交换和膜分离等，其中，吸附技术由于具有快速、高效、操作方便及价格便宜等优点而备受重视。 采用混凝、絮凝和超滤等常规方法难以除去，而吸附、纳滤和反渗透虽可以除去，但运行成较本高。而超滤膜的孔径一般在2～50 nm范围，远大于一般的离子，直接使用超滤不能除去这些有毒有害物质。为了除去这些有害或有毒的离子，采用胶束强化超滤和聚合物强化超滤的方法能达到很好的除去效果，但胶束和所加的聚合物后处理难，限制了其应用。吸附膜是将吸附与膜分离相结合，具有去除率高、处理能力强、吸附速度快、可重复使用的特点．将膜吸附和膜分离有机结合，可强化超滤过程对水质的净化效果。包一翔等人做出的氨基化MCM-41介孔分子筛改性超滤膜去除水中Cr(VI)的研究，及华南师范大学学报(自然科学版), 2015，47(6)：58—62.报道的采用氨基化介孔分子筛(NHMCM-41)接枝改性聚偏氟乙烯(PVDF)制备了超滤膜的技术，并研究了其除水中重金属Cr(VI)的效果。而利用聚苯乙烯磺酸钠制备吸附超滤膜尚未见文献报道。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种含聚苯乙烯磺酸钠的吸附超滤膜及制备方法。所制超滤膜在除去水中大分子和胶体等物质的同时，可以有效除去水中有毒、有害的各种阳离子。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种含聚苯乙烯磺酸钠的吸附超滤膜，其特征在于；所述的吸附超滤膜包含聚苯乙烯磺酸钠（3-50wt%）和聚合物（97--50wt%）。
所述的聚合物为聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚砜、聚醚砜、醋酸纤维素和聚丙烯腈中的任意一种或等质量任意比例的几种。
所述吸附超滤膜具有中空纤维、平板或卷式结构形式，用于水质净化，除去水中的大分子、胶体和阳离子染料、Pb2+、Ni2+、Cr3+、Au3+、Cu2+、Cd2+，Hg2+, Ca2+,Mg2+，Fe3+，Ag+, Zn2+,Al3+等阳离子。
一种含聚苯乙烯磺酸钠的吸附超滤膜的制备方法，其特征在于：所述方法按以下步骤进行：
1、按重量百分比分别取0.37-35%的聚苯乙烯磺酸钠、12-35%的聚合物、30-88%的溶剂和0-15%的致孔剂，加入到容器中进行充分混合和搅拌，在50-80℃恒温下连续溶解12-36小时，得到聚合物悬浮液；
2、以水或水溶液为凝胶介质，将步骤1获得的聚合物悬浮液通过浸没沉淀法纺丝或涂敷的方法制备成超滤膜，凝胶时间控制在12-48小时。
所述的溶剂为：N-N二甲基甲酰胺（DMF）、N-N二甲基乙酰胺(DMAC)、二甲亚砜(DMSO)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)和四氢呋喃中的任意一种或等质量任意比例的几种；所述的致孔剂为聚乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或等质量任意比例的两种；所述的水溶液为含一定量溶剂的水溶液，水溶液中的溶剂与上述溶剂相同，其浓度在(0-80wt%)之间，加入溶剂是控制超滤膜微观孔结构的一种手段。
本发明的积极效果为：
1、本发明所制备的聚苯乙烯磺酸钠吸附超滤膜，聚苯乙烯磺酸钠和聚合物在凝胶固化时被牢固地固定在微粒中；
2、由于聚苯乙烯磺酸钠是一种亲水性强的物质，在水中凝胶时会向微粒表面迁移进而主要固定在微粒表面或孔通道的表面；
3、本发明所制超滤膜在除去水中大分子和胶体等物质的同时，可以有效除去水中有毒、有害的各种阳离子。
具体实施方式
实例1
取14.0g聚乙二醇(600）溶解于110mLN-N二甲基乙酰胺，加入不同质量聚苯乙烯磺酸钠,搅拌15分钟后，再将20.0g的聚偏氟乙烯加入到溶液中，在电热恒温干燥箱60℃下溶解12小时。以水作为凝胶剂，在室温下刮膜，蒸发30秒钟后放入水中凝胶12小时以上，膜的组成见表1。在0.10MPa下预压10分钟测定膜的纯水渗透通量（J0），用200mg/L的牛血清蛋白质水溶液测定其截留率（R0），然后用铅离子初始浓度为（0.50±0.01） mg /L的水溶液进行过滤试验，每10分钟取透过液和浓缩液测定铅离子的浓度，计算去除率[（初始浓度-透过液浓度）/初始浓度]（RPb2+）， 实验时间为两小时；实验结束后用0.5M的盐酸水溶液再生0.5小时，水洗后，重复实验。表2给出了含16.7wt%聚苯乙烯磺酸钠超滤膜过滤含铅水时去除率随时间的变化及再生后（1次、2次和3次）的去除率 。表1中最后一列给出了不同聚苯乙烯磺酸钠含量超滤膜过滤含铅水溶液的效果（10分钟）。
表1：膜中聚苯乙烯磺酸钠的含量及膜的初始性能
表2：含16.7wt%聚苯乙烯磺酸钠超滤膜过滤含铅水时去除率随时间的变化及再生后的去除率
实例2
取8.0g聚乙烯比咯烷酮溶解于100mL二甲亚砜，加入不同质量聚苯乙烯磺酸钠,搅拌15分钟后，再将28.0g的聚醚砜加入到溶液中，在电热恒温干燥箱70℃下溶解24小时。以水作为凝胶剂，在室温下刮膜，蒸发20秒后放入水中凝胶12小时以上，膜的组成见表3。在0.10MPa下预压10分钟测定膜的纯水渗透通量（J0），用200mg/L的牛血清蛋白质水溶液测定其截留率（R0），然后用初始浓度为（1.00±0.01） mg /L的亚甲基蓝水溶液进行过滤试验，取开始10min的透过液测定其浓度，计算亚甲基蓝的去除率[（初始浓度-透过液浓度）/初始浓度]（R亚）(见表3最后一列)
表3： 不同聚苯乙烯磺酸钠含量的超滤膜的初始性能及对亚甲基蓝的去除效果
实例3
取0.37g 聚苯乙烯磺酸钠和12.0g聚砜加入到装有87.64g N-N二甲基甲酰胺（DMF）的碘量瓶中，在电热恒温干燥箱50℃下溶解24小时。以含70wt% N-N二甲基甲酰胺的水溶液作为凝胶剂，在室温下刮膜，蒸发40秒后放入含70wt% N-N二甲基甲酰胺的水溶液凝胶36小时，然后再放入水中浸泡24小时得到超滤膜，其对牛血清蛋白的截留率为97.4%,纯水渗透通量为56.6L.m-2.h-1，其过滤含铅离子（3 mg /L）、铜离子（8 mg /L）和铝离子（15 mg /L）的水溶液时，10分钟时对Pb2、Cu2+和 Al3+的截留率分别为64.2%、58.7%和87.6%。
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
以上所述仅是发明的非限定实施方式，还可以衍生出大量的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思和不作出创造性劳动的前提下，还可以做出若干变形和改进的实施例，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种含聚苯乙烯磺酸钠的吸附超滤膜，其特征在于；所述的吸附超滤膜包含聚苯乙烯磺酸钠（3-50wt%）和聚合物（97--50wt%）。
2.根据权利1中所述的含聚苯乙烯磺酸钠的吸附超滤膜，其特征在于：所述的聚合物为聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚砜、聚醚砜、醋酸纤维素和聚丙烯腈中的任意一种或几种。
3.根据权利1中所述的含聚苯乙烯磺酸钠的吸附超滤膜，其特征在于：所述吸附超滤膜具有中空纤维、平板或卷式结构形式，用于水质净化，除去水中的大分子、胶体和阳离子染料、Pb2+、Ni2+、Cr3+、Au3+、Cu2+、Cd2+，Hg2+, Ca2+,Mg2+，Fe3+，Ag+, Zn2+, Al3+ 阳离子。
4.一种含聚苯乙烯磺酸钠的吸附超滤膜的制备方法，其特征在于：所述方法按以下步骤进行：
(1)按重量百分比分别取0.37-35%的聚苯乙烯磺酸钠、12-35%的聚合物、30-88%的溶剂和0-15%的致孔剂，加入到容器中进行充分混合和搅拌，在50-80℃恒温下连续溶解12-36小时，得到聚合物悬浮液；
(2)以水或水溶液为凝胶介质，将步骤（1）获得的聚合物悬浮液通过浸没沉淀法纺丝或涂敷的方法制备成超滤膜，凝胶时间控制在12-48小时。
5.根据权利4中所述含聚苯乙烯磺酸钠的吸附超滤膜的制备方法，其特征在于：所述的溶剂为：N-N二甲基甲酰胺（DMF）、N-N二甲基乙酰胺(DMAC)、二甲亚砜(DMSO)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)和四氢呋喃中的任意一种或几种；所述的致孔剂为聚乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或两种；所述的水溶液为含定量溶剂的水溶液，水溶液中的溶剂与上述溶剂相同，其浓度在(0-80wt%)之间 。
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