CN107441936A - 一种Ag‑TiO2/SPES混合超滤膜及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种Ag‑TiO2/SPES混合超滤膜,所述超滤膜通过将一定量的Ag‑TiO2纳米颗粒共混于磺化聚醚砜铸膜液中,再通过溶剂相非溶剂相法转化成膜。本发明还公开了上述Ag‑TiO2/SPES混合超滤膜的制备方法和应用。本发明Ag‑TiO2/SPES混合超滤膜亲水性能明显增强,从而抗污染性提高,膜通量增加,进而分离性能提高,由于SPES超滤膜内加入了Ag‑TiO2纳米颗粒,因此膜的孔径减小,从而提高了膜的分离截留性能;本发明的Ag‑TiO2/SPES混合超滤膜对水体中的腐殖酸有机污染物具有良好的分离过滤效果。

Description

一种Ag-TiO2/SPES混合超滤膜及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种Ag-TiO2/SPES混合超滤膜,还涉及上述Ag-TiO2/SPES混合超滤膜的制备方法和应用,属于过滤膜技术领域。
背景技术
地表水和地下水中的天然有机物是饮用水处理的主要对象之一,其中腐殖酸是天然水体中有机物质的主要成分之一,腐殖酸主要有致嗅味、消毒副产物生成的影响。地表水体中腐殖酸质量浓度一般在10mg/L左右,最高可达30mg/L,占水体中有机物总量的70%左右,已经成为环境水源有机污染控制的重点对象。
超滤是一种利用多孔膜使溶液中的大分子物质与小分子物质和水分离的膜过程。与微滤相比较,超滤膜的膜孔直径比微滤膜小,能有效去除水中的胶体、蛋白质、大分子有机物及微生物等。因此,超滤技术广泛应用于饮用水净化、生活污水、工业废水的深度处理及再生回用,其应用前景广阔,市场规模很大。
发明内容
发明目的:本发明所要解决的技术问题是提供一种Ag-TiO2/SPES混合超滤膜,该超滤膜能在一定操作压差下进行大分子有机污染物的有效分离,并且抗污染性能强,截留率高。
本发明还要解决的技术问题是提供上述Ag-TiO2/SPES混合超滤膜的制备方法。
本发明最后要解决的技术问题是提供上述Ag-TiO2/SPES混合超滤膜在分离过滤溶液中大分子有机污染物方面的应用。
为解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案为:
一种Ag-TiO2/SPES混合超滤膜,所述超滤膜通过将一定量的Ag-TiO2纳米颗粒共混于磺化聚醚砜铸膜液中,再通过溶剂相非溶剂相法转化成膜。
上述的Ag-TiO2/SPES混合超滤膜的制备方法,具体包括如下步骤:
步骤1,制备磺化聚醚砜;
步骤2,制备Ag掺杂的Ag-TiO2纳米颗粒;
步骤3,将Ag-TiO2纳米颗粒加入到二甲基乙酰胺溶剂中,超声后往二甲基乙酰胺溶剂中加入一定量的磺化聚醚砜和聚乙烯吡咯烷酮,室温下密封搅拌一定时间,得到混合液C;
步骤4,将经过脱气处理的混合液C均匀涂覆于玻璃板上,然后将涂覆有混合液C的玻璃板静置于水中进行溶剂相非溶剂相的转换,得到Ag-TiO2/SPES混合超滤膜。
其中,步骤1中,所述磺化聚醚砜的制备具体是指:将一定量的聚醚砜加入到质量百分浓度为98%的浓硫酸中,搅拌溶解后得到混合液A;将一定量的氯磺酸缓慢滴入混合液A中,充分反应后得到混合液B;将混合液B放入冰水中充分搅拌,得到沉淀,沉淀经真空抽滤装置过滤后并清洗即可得到磺化聚醚砜。
其中,步骤2中,所述Ag-TiO2纳米颗粒的制备具体是指:将一定量的硝酸银溶解于水中,往水中再缓慢加入氨水直至沉淀消失,得到混合液D;将一定量的TiO2溶解于无水乙醇中,然后与混合液D混合得到混合液E;将混合液E与溶解有聚乙烯吡咯烷酮的无水乙醇混合,经搅拌离心处理后,将得到的沉淀经清洗干燥处理即可得到Ag-TiO2纳米颗粒。
其中,对于每1g聚醚砜,所需浓硫酸的体积为5mL,所需氯磺酸的体积为3/20mL。
其中,所述硝酸银与TiO2的反应质量比为4:3。
其中,步骤3中,所述Ag-TiO2纳米颗粒、磺化聚醚砜与聚乙烯吡咯烷酮的加入质量比为0.5:8:1。
上述Ag-TiO2/SPES混合超滤膜在分离过滤溶液中大分子有机污染物方面的应用。
其中,所述大分子有机污染物为腐殖酸。
本发明通过浓硫酸和氯磺酸改性聚醚砜(PES)得到磺化聚醚砜(SPES),相比于聚醚砜,磺化聚醚砜具有亲水性能(即磺化后的PES材料亲水性提高),Ag-TiO2纳米颗粒具有超亲水性能;通过非溶剂致相分离法将Ag-TiO2纳米颗粒添加到磺化聚醚砜(SPES)铸膜液中,通过溶剂相非溶剂相的转化得到Ag-TiO2/SPES混合超滤膜。磺化后的PES超滤膜上的磺化基团可以使Ag-TiO2纳米颗粒分散均匀,因此制得的混合超滤膜中,Ag-TiO2纳米颗粒均匀分散在磺化的PES超滤膜中,不会出现团聚现象。
相比于现有技术,本发明的技术方案所具有的有益效果为:
本发明Ag-TiO2/SPES混合超滤膜亲水性能明显增强,从而抗污染性提高,膜通量增加,进而分离性能提高,由于SPES超滤膜内加入了Ag-TiO2纳米颗粒,因此膜的孔径减小,孔隙率增加,导致膜通量增加,截留率增加;本发明的Ag-TiO2/SPES混合超滤膜对水体中的腐殖酸有机污染物具有良好的分离过滤效果。
附图说明
图1为本发明Ag-TiO2/SPES混合超滤膜制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案做进一步说明,但是本发明要求保护的范围并不局限于此。
实施例1
本发明Ag-TiO2/SPES混合超滤膜的制备方法,具体包括如下步骤:
步骤1,磺化聚醚砜的制备:将20g聚醚砜(PES)加入到100mL浓硫酸中(98%),室温下搅拌溶解120min,得到混合液A;将3mL氯磺酸逐滴缓慢加入到混合液A中,搅拌60min,充分反应,得到混合液B;将混合液B放入冰水中充分搅拌,得到沉淀,用压力为0.1MPa的真空抽滤装置过滤,再用去离子水反复冲洗3次,得到磺化聚醚砜(SPES);
步骤2,Ag掺杂的Ag-TiO2纳米颗粒的制备:将0.4g硝酸银溶解于10mL去离子水中,缓慢加入氨水直至沉淀消失,得到混合液D;将0.3gTiO2溶解于10mL无水乙醇中,超声20min后往无水乙醇中倒入混合液D,搅拌30min,得到混合液E;将1g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)加入到无水乙醇中得到混合液F,将混合液F与混合液E混合,于70℃下搅拌6h后进行离心处理,离心后的沉淀用去离子水洗涤3次,再置于80℃烘箱中干燥24h,得到Ag-TiO2纳米颗粒;
步骤3,将0.5g Ag-TiO2纳米颗粒加入到43mL二甲基乙酰胺溶剂中,超声10min后往二甲基乙酰胺溶剂中加入8g磺化聚醚砜和1g聚乙烯吡咯烷酮,室温下密封搅拌24h,得到混合液C;
步骤4,将混合液C置于室温下脱气6h,取15mL经过脱气处理的混合液C倒在玻璃板上,用刮膜刀在玻璃板上以0.5cm/s匀速刮膜;将涂覆有混合液C的玻璃板平整放入去离子水中进行相的转换,静置24h后得到Ag-TiO2/SPES混合超滤膜。
对比实施例1
一种PES超滤膜的制备方法,包括如下步骤:
步骤1,将8g聚醚砜和1g聚乙烯吡咯烷酮加入到43.5mL的二甲基乙酰胺溶剂中,室温下密封搅拌24h,得到铸膜液;
步骤2,将铸膜液置于室温下脱气6h,然后将大约15mL的铸膜液倒在玻璃板上,用刮膜刀在玻璃板上以0.5cm/s匀速刮膜;
步骤3,将涂覆有铸膜液的玻璃板平整放入去离子水中进行相的转换,经过24h后得到PES超滤膜。
将实施例1制得的Ag-TiO2/SPES混合超滤膜和对比实施例1制得的PES超滤膜在操作压力0.1MPa、光照辐射前后的情况下,分别进行纯水通量测试、腐殖酸污染物的膜通量以及腐殖酸污染物分离效果测试试验:
先取2份200mL去离子水在抽滤装置中分别对实施例1制得的Ag-TiO2/SPES混合超滤膜和对比实施例1制得的PES超滤膜进行膜纯水通量的测试试验,计算公式为其中,Jw为纯水膜通量,单位为L·m-2·h-1,Q为过膜水体积,单位为m3,A为膜面积,Δt为过滤时间。
再取2份初始浓度为10mg/L的腐殖酸溶液200mL,分别对实施例1制得的Ag-TiO2/SPES混合超滤膜和对比实施例1制得的PES超滤膜进行膜腐殖酸溶液膜通量和腐殖酸溶液截留率的测试试验,腐殖酸溶液膜通量计算公式为其中,J1为腐殖酸溶液的膜通量,单位为L·m-2·h-1,Q1为腐殖酸容量过膜水体积,单位为m3;腐殖酸溶液截留率Rejection为其中,Cp为渗滤液浓度,Cf为腐殖酸溶液初始浓度,腐殖酸浓度用分光光度计测量。
实施例1制得的Ag-TiO2/SPES混合超滤膜和对比实施例1制得的PES超滤膜的膜通量和截留率如表1所示。
表1
通过表1可以得出:在光照前,由于改性的Ag-TiO2/SPES混合超滤膜磺化聚醚砜(SPES)和Ag-TiO2光催化材料的亲水性,导致Ag-TiO2/SPES混合超滤膜相比于PES超滤膜的纯水通量、腐殖酸污染物膜通量和腐殖酸污染物截留率显著提高,分别达到672L·m-2·h-1、493L·m-2·h-1和94%;在光照后,由于光照的激发下,使得Ag-TiO2光催化材料从亲水性转变到超亲水性,导致Ag-TiO2/SPES混合超滤膜的纯水通量、腐殖酸污染物膜通量相比于光照前显著提高,但是腐殖酸污染物的截留率光照前后无明显变化。
本发明的Ag-TiO2/SPES混合超滤膜,通过将一定量的Ag-TiO2纳米颗粒共混于磺化聚醚砜铸膜液中,经过恒温磁力搅拌后,再用相转换法而得到。改性后的Ag-TiO2/SPES混合超滤膜亲水性能明显增强,从而膜通量增加,抗污染性提高,分离截留率也增大,对水体中的腐殖酸有机污染物具有较强的分离效果。本发明的Ag-TiO2/SPES混合超滤膜,加入Ag-TiO2后不仅提高了抗污染性能,而且还提高了膜的机械性能,改善了孔径和孔隙率,同时还具备抗菌性。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种Ag-TiO2/SPES混合超滤膜,其特征在于:所述超滤膜通过将一定量的Ag-TiO2纳米颗粒共混于磺化聚醚砜铸膜液中,再通过溶剂相非溶剂相法转化成膜。
2.根据权利要求1所述的Ag-TiO2/SPES混合超滤膜的制备方法,其特征在于:具体包括如下步骤:
步骤1,制备磺化聚醚砜;
步骤2,制备Ag掺杂的Ag-TiO2纳米颗粒;
步骤3,将Ag-TiO2纳米颗粒加入到二甲基乙酰胺溶剂中,超声后往二甲基乙酰胺溶剂中加入一定量的磺化聚醚砜和聚乙烯吡咯烷酮,室温下密封搅拌一定时间,得到混合液C;
步骤4,将经过脱气处理的混合液C均匀涂覆于玻璃板上,然后将涂覆有混合液C的玻璃板静置于水中进行溶剂相非溶剂相的转换,得到Ag-TiO2/SPES混合超滤膜。
3.根据权利要求2所述的Ag-TiO2/SPES混合超滤膜的制备方法,其特征在于:步骤1中,所述磺化聚醚砜的制备具体是指:将一定量的聚醚砜加入到质量百分浓度为98%的浓硫酸中,搅拌溶解后得到混合液A;将一定量的氯磺酸缓慢滴入混合液A中,充分反应后得到混合液B;将混合液B放入冰水中充分搅拌,得到沉淀,沉淀经真空抽滤装置过滤后并清洗即可得到磺化聚醚砜。
4.根据权利要求2所述的Ag-TiO2/SPES混合超滤膜的制备方法,其特征在于:步骤2中,所述Ag-TiO2纳米颗粒的制备具体是指:将一定量的硝酸银溶解于水中,往水中再缓慢加入氨水直至沉淀消失,得到混合液D;将一定量的TiO2溶解于无水乙醇中,然后与混合液D混合得到混合液E;将混合液E与溶解有聚乙烯吡咯烷酮的无水乙醇混合,经搅拌离心处理后,将得到的沉淀经清洗干燥处理即可得到Ag-TiO2纳米颗粒。
5.根据权利要求3所述的Ag-TiO2/SPES混合超滤膜的制备方法,其特征在于:对于每1g聚醚砜,所需浓硫酸的体积为5mL,所需氯磺酸的体积为3/20mL。
6.根据权利要求4所述的Ag-TiO2/SPES混合超滤膜的制备方法,其特征在于:所述硝酸银与TiO2的反应质量比为4:3。
7.根据权利要求2所述的Ag-TiO2/SPES混合超滤膜的制备方法,其特征在于:步骤3中,所述Ag-TiO2纳米颗粒、磺化聚醚砜与聚乙烯吡咯烷酮的加入质量比为0.5:8:1。
8.权利要求1所述Ag-TiO2/SPES混合超滤膜在分离过滤溶液中大分子有机污染物方面的应用。
9.根据权利要求8所述Ag-TiO2/SPES混合超滤膜在分离过滤溶液中大分子有机污染物方面的应用,其特征在于:所述大分子有机污染物为腐殖酸。
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