CN108126529A - 一种附着纳米海绵吸附材料的滤膜材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种附着纳米海绵吸附材料的滤膜材料，通过在中空纤维超滤膜膜丝外表面附着纳米海绵净水吸附材料制成。本发明的有益效果：能够高效截留颗粒污染物、细菌、病毒及热源体等污染物，还能够有效去除水中砷、汞等重金属离子以及三氯甲烷、对氯苯等化学有机污染物，又能保留水中原有的微量元素和矿物质，水质净化质量大大提高，吸附能力恢复简单。

Description

一种附着纳米海绵吸附材料的滤膜材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及给水处理中的饮用水深度净水处理领域，具体是一种附着纳米海绵吸附材料的滤膜材料及其制备方法。
背景技术
随着我国经济与工业的快速发展，人民生活水平的不断提高，对饮用水的品质和安全性要求也越来越高，安全的饮用水已成为人们重点关注的问题之一。由于目前工业废水等污水的排放对水体环境产生了严重的污染，水体中的重金属离子、有机物等含量大大升高，不仅提高了给水处理厂的处理难度，而且还增加了出水中重金属离子等含量超标的风险。同时，输水管网的二次污染也增加了饮用水污染的程度。
为确保饮用水的安全性，很多人选择净水器作为饮用水的深度处理装置。目前市场上的净水器主要有纯水机和滤芯净水器。纯水机主要采用的是反渗透技术，出水精度高，但是净化后的纯度过高，缺少对人体有益的微量元素。滤芯净水器主要以各种不同的膜组件作为滤芯结构的核心，常见的有超滤膜和反渗透。超滤膜孔径比反渗透大，处理后的水既能够高效截留颗粒污染物、细菌、病毒及热源体，又能保留水中原有的微量元素和矿物质，补充我们日常所需，一般耗电低，安全性高，故障率及漏水概率低，且结构简单、价格便宜，但对于水中的硬度、重金属、农药、三氯甲烷等化学污染物却无能为力。反渗透膜的孔径只有超滤膜的1/100，因此反渗透膜的综合处理能力要强，但其结构复杂，水压高，故障率及漏水概率相对较高，价格较贵。
因此，研制开发一种能够博采众长，又能克服各自缺陷的新产品具有重要的现实意义。专利号ZL2013100350335中研发合成的烷基化环糊精高聚物是一种吸附性很强的纳米材料，其是利用环糊精自身的羟基与其它基团进行醚化、酯化、氧化和交联等化学反应，获得的一种交联聚合物。这种聚合物具备聚合物较好的机械强度、稳定性和化学可调性等，具有海绵状的内部结构和纳米级尺度的微孔，从而能够高效地吸收和截留水中的一些用常规净水工艺和材料很难或无法降解的有机污染物质和重金属离子等。本发明在超滤膜上附着自主研发的纳米材料，不仅能够增强其净水能力，还秉承超滤膜过滤的优点。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种附着纳米海绵吸附材料的滤膜材料及其制备方法，能够解决上述问题。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种附着纳米海绵吸附材料的滤膜材料，包括中空纤维超滤膜膜丝，所述中空纤维超滤膜膜丝外表面附着有纳米海绵净水吸附材料。
进一步的，所述纳米海绵净水吸附材料通过以下方法制成：采用合成异氰酸酯-环糊精共聚物为吸附材料，通过加碱使其生成溶胶，然后通过热处理将所述溶胶附着到经表面活性剂清洗后的所述中空纤维超滤膜膜丝外表面。
进一步的，一种净水外压式膜组件滤芯，由所述的一种附着纳米海绵吸附材料的滤膜材料制成。
一种附着纳米海绵吸附材料的滤膜材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：取5.0-15.0g合成异氰酸酯-环糊精共聚物白色粉末于500mL的烧杯中，加入300mL的蒸馏水，在30-40℃水浴下，利用磁力搅拌器进行慢速搅拌，使其充分溶解，再将0.0025mol/L的NaOH溶液慢慢的滴加到上述溶液中，滴加中不断均匀搅拌，保证匀速滴加，直至溶液pH为9.0-10.0，然后继续充分搅拌混合溶液1.0-2.0h，并添加少量的稳化剂，从而得到均匀稳定的溶胶；
S2：选用外孔径为450-550μm的中空纤维超滤膜膜丝为净水材料附着载体，采用十二烷基苯磺酸钠为表面活性剂对其表面进行清洗，并静态浸泡30分钟，以去除膜丝表面吸附的微小固体颗粒物，然后置于55℃真空干燥箱中进行干燥；
S3：设定水浴温度70℃，将已清洗干燥好的膜丝放于配置好的溶胶溶液中，浸泡30分钟，然后再进行真空干燥，干燥后得到表面附着有纳米海绵净水吸附材料的膜丝。
进一步包括：
S4：将新形成的膜丝浇铸组装成一个滤芯膜组件，配置含2.0mg/L的Cu2+和0.03mg/L的三氯甲烷溶液，将配置的溶液通过膜组件进行净化过滤，分别测定膜通量、出水中Cu2+和三氯甲烷的浓度。
进一步包括：
S5：吸附材料吸附饱和之后，采用95％乙醇作为再生剂进行再生。
进一步的，步骤S1中，取10.0g合成异氰酸酯-环糊精共聚物白色粉末。
进一步的，步骤S2中，选用外孔径为500μm的中空纤维超滤膜膜丝。
进一步的，步骤S4中，所述的滤芯膜组件为外压式滤芯膜组件。
本发明的有益效果：采用合成异氰酸酯-环糊精共聚物为吸附材料，通过加碱使其生成溶胶，然后通过热处理将溶胶附着到经表面活性剂清洗后的超滤膜丝表面，形成一种的净水膜材料，并把这种材料制成的净水外压式膜组件滤芯。此滤芯不仅能够高效截留颗粒污染物、细菌、病毒及热源体等污染物，还能够有效去除水中砷、汞等重金属离子以及三氯甲烷、对氯苯等化学有机污染物，又能保留水中原有的微量元素和矿物质，水质净化质量大大提高。同时，吸附材料在饱和后利用再生剂脱附再生，恢复它的吸附能力。
具体实施方式
实施例1：
采用合成异氰酸酯-环糊精共聚物作为纳米海绵净水吸附材料，分别取5.0g，10.0g，15.0g的合成异氰酸酯-环糊精共聚物白色粉末于500mL的烧杯中，加入300mL的蒸馏水在30～40℃水浴下利用磁力搅拌器进行慢速搅拌，使其充分溶解，再将0.0025mol/L的NaOH溶液慢慢匀速的滴入，并不断均匀搅拌，至溶液pH为9.0-10.0，继续充分搅拌混合溶液1.5h，并添加少量的稳化剂，从而得到均匀稳定的溶胶。将已经清洗干燥外孔孔径为500μm的超滤膜丝放入所得的溶胶溶液中，设定水浴为70℃，浸泡30min后进行真空干燥，然后将这些膜丝浇铸组装成一个小型的外压式膜组件。将之前含有2.0mg/L的Cu2+和0.03mg/L的三氯甲烷溶液作为进水，测得稳定出水时具体数据如下表1。
表1
实施例2：
采用合成异氰酸酯-环糊精共聚物作为纳米海绵净水吸附材料，取三份10.0g的合成异氰酸酯-环糊精共聚物白色粉末分别于500mL的烧杯中，加入300mL的蒸馏水在30～40℃水浴下利用磁力搅拌器进行慢速搅拌，使其充分溶解，再将0.0025mol/L的NaOH溶液慢慢匀速的滴入，并不断均匀搅拌，至溶液pH为9.0-10.0，继续充分搅拌混合溶液分别为1.0h，1.5h和2.0h，并添加少量的稳化剂，从而得到均匀稳定的溶胶。将已经清洗干燥外孔孔径为500μm的超滤膜丝放入所得的溶胶溶液中，设定水浴为70℃，浸泡30min后进行真空干燥，然后将这些膜丝浇铸组装成一个小型的外压式膜组件。将之前含有2.0mg/L的Cu2+和0.03mg/L的三氯甲烷溶液作为进水，测得稳定出水时具体数据如下表2。
表2
实施例3：
采用合成异氰酸酯-环糊精共聚物作为纳米海绵净水吸附材料，取三份10.0g的合成异氰酸酯-环糊精共聚物白色粉末分别于三个500mL的烧杯中，加入300mL的蒸馏水在30～40℃水浴下利用磁力搅拌器进行慢速搅拌，使其充分溶解，再将0.0025mol/L的NaOH溶液慢慢匀速的滴入，并不断均匀搅拌，至溶液pH为9-10，继续充分搅拌混合溶液1.5h，并添加少量的稳化剂，从而得到均匀稳定的溶胶。将已经清洗干燥外孔孔径分别为450μm，500μm和550μm的超滤膜丝放入所得的溶胶溶液中，设定水浴为70℃，浸泡30min后进行真空干燥，然后将这些膜丝浇铸组装成一个小型的外压式膜组件。将之前含有2.0mg/L的Cu2+和0.03mg/L的三氯甲烷溶液作为进水，测得稳定出水时具体数据如下表3。
表3
实施例4：
根据实例1、2和3中的结论，采用合成异氰酸酯-环糊精共聚物作为纳米海绵净水吸附材料，取10.0g的合成异氰酸酯-环糊精共聚物白色粉末于500mL的烧杯中，加入300mL的蒸馏水在30～40℃水浴下利用磁力搅拌器进行慢速搅拌，使其充分溶解，再将0.0025mol/L的NaOH溶液慢慢匀速的滴入，并不断均匀搅拌，直至溶液pH为9.0，继续充分搅拌混合溶液1.5h，并添加少量的稳化剂，从而得到均匀稳定的溶胶。将已经清洗干燥的外孔孔径为500μm的超滤膜丝放入所得的溶胶溶液中，设定水浴为70℃，浸泡30min后进行真空干燥，然后将这些膜丝浇铸组装成一个小型的外压式膜组件。将之前含有2.0mg/L的Cu2+和0.03mg/L的三氯甲烷溶液作为进水，测得稳定出水时具体数据如下表4。
表4
再生：
将实例4中的吸附材料予以再生，选用的再生剂分别为蒸馏水、0.1mol/L HCl、0.1mol/L NaOH、95％乙醇，测得的再生率如下表5所示：
表5
由以上实验结果可以得出，95％乙醇作为再生剂时，本发明中的纳米海绵吸附材料一体化净水装置再生效果最佳，达到了91％，因而选择95％乙醇为再生剂。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种附着纳米海绵吸附材料的滤膜材料，包括中空纤维超滤膜膜丝，其特征在于，所述中空纤维超滤膜膜丝外表面附着有纳米海绵净水吸附材料。
2.根据权利要求1所述的一种附着纳米海绵吸附材料的滤膜材料，其特征在于，所述纳米海绵净水吸附材料通过以下方法制成：采用合成异氰酸酯-环糊精共聚物为吸附材料，通过加碱使其生成溶胶，然后通过热处理将所述溶胶附着到经表面活性剂清洗后的所述中空纤维超滤膜膜丝外表面。
3.一种净水外压式膜组件滤芯，其特征在于，其由权利要求1或2所述的一种附着纳米海绵吸附材料的滤膜材料制成。
4.一种附着纳米海绵吸附材料的滤膜材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：取5.0-15.0g合成异氰酸酯-环糊精共聚物白色粉末于500mL的烧杯中，加入300mL的蒸馏水，在30-40℃水浴下，利用磁力搅拌器进行慢速搅拌，使其充分溶解，再将0.0025mol/L的NaOH溶液慢慢的滴加到上述溶液中，滴加中不断均匀搅拌，保证匀速滴加，直至溶液pH为9.0-10.0，然后继续充分搅拌混合溶液1.0-2.0h，并添加少量的稳化剂，从而得到均匀稳定的溶胶；
S2：选用外孔径为450-550μm的中空纤维超滤膜膜丝为净水材料附着载体，采用十二烷基苯磺酸钠为表面活性剂对其表面进行清洗，并静态浸泡30分钟，以去除膜丝表面吸附的微小固体颗粒物，然后置于55℃真空干燥箱中进行干燥；
S3：设定水浴温度70℃，将已清洗干燥好的膜丝放于配置好的溶胶溶液中，浸泡30分钟，然后再进行真空干燥，干燥后得到表面附着有纳米海绵净水吸附材料的膜丝。
5.根据权利要求4所述的一种附着纳米海绵吸附材料的滤膜材料的制备方法，其特征在于，进一步包括：
S4：将新形成的膜丝浇铸组装成一个滤芯膜组件，配置含2.0mg/L的Cu2+和0.03mg/L的三氯甲烷溶液，将配置的溶液通过膜组件进行净化过滤，分别测定膜通量、出水中Cu2+和三氯甲烷的浓度。
6.根据权利要求5所述的一种附着纳米海绵吸附材料的滤膜材料的制备方法，其特征在于，进一步包括：
S5：吸附材料吸附饱和之后，采用95%乙醇作为再生剂进行再生。
7.根据权利要求4所述的一种附着纳米海绵吸附材料的滤膜材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，取10.0g合成异氰酸酯-环糊精共聚物白色粉末。
8.根据权利要求4所述的一种附着纳米海绵吸附材料的滤膜材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，选用外孔径为500μm的中空纤维超滤膜膜丝。
9.根据权利要求4所述的一种附着纳米海绵吸附材料的滤膜材料的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述的滤芯膜组件为外压式滤芯膜组件。
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