CN110548421B - 一种强吸附型超滤膜的制备方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种强吸附型超滤膜的制备方法及应用，所述制备方法包括制备超滤膜和吸附膜，并采用电子束照射改性对超滤膜和吸附膜进行活化，利用表面活性剂进行接枝改性，从而使超滤膜和吸附膜可以结合，并改善其对重金属离子的吸附能力和亲水性能，本发明的强吸附型超滤膜应用于含重金属离子的污水处理领域，能够有效吸附污水中的部分重金属，同时对高分子有机污染物具有良好的过滤性能，应用前景良好。

Description

一种强吸附型超滤膜的制备方法及应用
技术领域
本发明涉及污水处理设备技术领域，尤其涉及一种强吸附型超滤膜的制备方法及应用。
背景技术
超滤膜是通过膜两端压差推动作用下进行液相筛孔分离的一种工具，超滤膜分能够分离比膜孔大的溶质和不溶颗粒，对于分子量较小的溶质以及颗粒度较小的不溶颗粒，通常是无法被超滤膜截留的。
然而在污水处理过程中，为了处理无法被超滤膜截留的溶质和颗粒，通常需要进行预先的处理，通常需要采用吸附剂对经过初步过滤的污水进行吸附后再进行过滤处理，这样一来，不仅增加了过滤处理的步骤，而且还增加了原料的投入成本，费时费力，降低了污水处理的效率。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种能够对污水中尺寸较小的污染物进行处理的强吸附型超滤膜的制备及应用。
本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种强吸附型超滤膜的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
步骤一、混合超滤膜原料并搅拌至溶解，得到超滤膜液，将超滤膜液在平板刮膜机上刮出200-400μm的薄膜，干燥得到超滤膜；
步骤二、混合纤维状聚酰亚胺和N,N-二甲基乙酰胺，搅拌至溶解，得到聚酰亚胺铸膜液，真空下脱泡0.5-1h，将聚酰亚胺铸膜液在平板刮膜机上刮出50-100μm的薄膜，干燥得到吸附膜；
步骤三、用电子束垂直照射超滤膜的吸附膜，照射处理后将超滤膜和吸附膜浸没在表面活性剂中，浸没5-10min进行接枝改性，将接枝改性后的超滤膜和吸附膜进行贴合，并在压辊下压合得到复合膜；
步骤四、用电子束垂直照射复合膜，干燥得到强吸附型超滤膜。
以上技术方案中，采用聚酰亚胺作为吸附膜的主材料，其具有良好的吸附性能，在超滤膜与聚酰亚胺的吸附膜表面接枝表面活性剂，意外的，能够对重金属离子产生一定的吸附能力，且聚酰亚胺的亲水性较差，通过表面活性剂的接枝改性后，大幅度改善了其亲水性问题。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述超滤膜原料按重量份数计包括：
聚合物 5-20份
溶剂 60-80份。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述聚合物为聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯中的一种。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺中的一种。
更进一步优选的，步骤二中，所述纤维状聚酰亚胺：N,N-二甲基乙酰胺的质量比为1：(8-12)。
在以上技术方案的基础上，优选的，步骤三中，所述电子束的能量为0.5-5MeV，照射的剂量为500-2000kGy。
在以上技术方案的基础上，优选的，步骤四中，所述电子束的能量为5-10MeV，照射的剂量为500-2000kGy。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述表面活性剂为吐温20、吐温80、脂肪醇聚氧乙烯醚和十二烷基磺酸钠中的一种。
以上技术方案中采用的表面活性剂不仅可以改善吸附膜的亲水性，同时能够帮助吸附膜和超滤膜粘接，意外的，还有助于聚酰亚胺吸附重金属离子。
本发明还提供一种应用，利用以上技术方案所制备的强吸附型超滤膜在污水处理中的应用，所述污水中包括镉离子、汞离子、铬离子、铅离子和镍离子中的一种或几种。
本发明的强吸附型超滤膜的制备方法相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)本发明的强吸附型超滤膜采用双层膜复合的结构，在不影响超滤膜水通量的前提下，对污水中的重金属离子进行吸附，达到去除重金属离子污染的目的，意想不到的，吸附层还具备良好的亲水性，能够有效防止有机污染物的聚集，因此还具备良好的抗污染能力；
(2)本发明的强吸附型超滤膜的制备方法简单，采用电子束活化接枝的方式，利用表面活性剂作为接枝粘接的接枝，对两层膜进行复合，制备方法简单，复合效果好具备良好的应用前景。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
实施例1
向80gN-甲基吡咯烷酮中加入5g聚砜，常温下混合搅拌10min，聚砜完全溶解，得到聚砜的超滤膜液，利用平板刮膜机将聚砜超滤膜液进行刮膜处理，刮膜厚度为200μm，常温常压下干燥10min，得到超滤膜；
向80gN,N-二甲基乙酰胺中投入10g纤维状聚酰亚胺，常温下混合搅拌10min，纤维状聚酰亚胺完全溶解，得到聚酰亚胺的N,N-二甲基乙酰胺的铸膜液，真空下脱泡30min，利用平板刮膜机将聚酰亚胺的铸膜液进行刮膜处理，刮膜厚度为50μm，常温下干燥10min，得到吸附膜；
采用能量为0.5MeV的电子束垂直照射超滤膜和吸附膜，照射剂量为500kGy，照射完毕将超滤膜和吸附膜浸没在吐温20中，浸没5min进行接枝改性，取出超滤膜和吸附膜，并将超滤膜和吸附膜相互贴合，真空状态下脱泡5min，脱泡完毕，用压辊对贴合的超滤膜和吸附膜进行辊压复合，得到复合膜；
采用能量为5MeV的电子束垂直照射复合膜，，照射剂量为500kGy，照射完毕后，将复合膜常温下干燥10min，得到强吸附型超滤膜。
实施例2
向60g N,N-二甲基甲酰胺中加入20g聚醚砜，常温下混合搅拌5min，聚醚砜完全溶解，得到聚醚砜的超滤膜液，利用平板刮膜机将聚醚砜超滤膜液进行刮膜处理，刮膜厚度为400μm，常温常压下干燥5min，得到超滤膜；
向120gN,N-二甲基乙酰胺中投入10g纤维状聚酰亚胺，常温下混合搅拌5min，纤维状聚酰亚胺完全溶解，得到聚酰亚胺的N,N-二甲基乙酰胺的铸膜液，真空下脱泡60min，利用平板刮膜机将聚酰亚胺的铸膜液进行刮膜处理，刮膜厚度为100μm，常温下干燥5min，得到吸附膜；
采用能量为5MeV的电子束垂直照射超滤膜和吸附膜，照射剂量为2000kGy，照射完毕将超滤膜和吸附膜浸没在吐温80中，浸没10min进行接枝改性，取出超滤膜和吸附膜，并将超滤膜和吸附膜相互贴合，真空状态下脱泡10min，脱泡完毕，用压辊对贴合的超滤膜和吸附膜进行辊压复合，得到复合膜；
采用能量为10MeV的电子束垂直照射复合膜，，照射剂量为2000kGy，照射完毕后，将复合膜常温下干燥10min，得到强吸附型超滤膜。
实施例3
向70g N,N-二甲基乙酰胺中加入10g聚偏氟乙烯，常温下混合搅拌10min，聚偏氟乙烯完全溶解，得到聚偏氟乙烯的超滤膜液，利用平板刮膜机将聚偏氟乙烯超滤膜液进行刮膜处理，刮膜厚度为300μm，常温常压下干燥10min，得到超滤膜；
向100gN,N-二甲基乙酰胺中投入10g纤维状聚酰亚胺，常温下混合搅拌10min，纤维状聚酰亚胺完全溶解，得到聚酰亚胺的N,N-二甲基乙酰胺的铸膜液，真空下脱泡40min，利用平板刮膜机将聚酰亚胺的铸膜液进行刮膜处理，刮膜厚度为80μm，常温下干燥10min，得到吸附膜；
采用能量为3MeV的电子束垂直照射超滤膜和吸附膜，照射剂量为1000kGy，照射完毕将超滤膜和吸附膜浸没在脂肪醇聚氧乙烯醚中，浸没5min进行接枝改性，取出超滤膜和吸附膜，并将超滤膜和吸附膜相互贴合，真空状态下脱泡5min，脱泡完毕，用压辊对贴合的超滤膜和吸附膜进行辊压复合，得到复合膜；
采用能量为8MeV的电子束垂直照射复合膜，，照射剂量为1000kGy，照射完毕后，将复合膜常温下干燥10min，得到强吸附型超滤膜。
实施例4
向80gN-甲基吡咯烷酮中加入16g聚醚砜，常温下混合搅拌10min，聚醚砜完全溶解，得到聚醚砜的超滤膜液，利用平板刮膜机将聚砜超滤膜液进行刮膜处理，刮膜厚度为250μm，常温常压下干燥10min，得到超滤膜；
向90gN,N-二甲基乙酰胺中投入10g纤维状聚酰亚胺，常温下混合搅拌10min，纤维状聚酰亚胺完全溶解，得到聚酰亚胺的N,N-二甲基乙酰胺的铸膜液，真空下脱泡30min，利用平板刮膜机将聚酰亚胺的铸膜液进行刮膜处理，刮膜厚度为50μm，常温下干燥10min，得到吸附膜；
采用能量为2MeV的电子束垂直照射超滤膜和吸附膜，照射剂量为1500kGy，照射完毕将超滤膜和吸附膜浸没在十二烷基磺酸钠中，浸没5min进行接枝改性，取出超滤膜和吸附膜，并将超滤膜和吸附膜相互贴合，真空状态下脱泡5min，脱泡完毕，用压辊对贴合的超滤膜和吸附膜进行辊压复合，得到复合膜；
采用能量为5MeV的电子束垂直照射复合膜，，照射剂量为1500kGy，照射完毕后，将复合膜常温下干燥10min，得到强吸附型超滤膜。
配置重金属离子污染物溶液，向1L水中分别加入1g硫酸镉、1g氯化汞、1g氯化铬、1g硝酸铅、1g硫酸镍和1g牛血清白蛋白，搅拌溶解，分别经过实施例1-4所制备的强吸附型超滤膜以及某市售聚砜超滤膜，分别测定重金属离子的吸附量、牛血清蛋白(BSA)的截留率以及水通量，具体结果如下：
Figure BDA0002180550380000071
以上结果不难看出，本发明的强吸附型超滤膜能够对重金属离子进行有效的吸附，且与常规超滤膜相比，在对高分子有机物的截留率上依然具有良好的性能，水通量数据良好，且在长期的污水处理过程中，水通量下降不明显，这可能是由于重金属离子吸附层能够有效对有机污染物进行隔离，并具有良好亲水性的缘故，从而大大降低了有机污染物在膜表面的吸附性，提高了抗污染能力。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，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 (7)

1.一种用于重金属污水处理的强吸附型超滤膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
步骤一、混合超滤膜原料并搅拌至溶解，得到超滤膜液，将超滤膜液在平板刮膜机上刮出200-400μm的薄膜，干燥得到超滤膜；
步骤二、混合纤维状聚酰亚胺和N,N-二甲基乙酰胺，搅拌至溶解，得到聚酰亚胺铸膜液，所述纤维状聚酰亚胺：N,N-二甲基乙酰胺的质量比为1：(8-12)，真空下脱泡0.5-1h，将聚酰亚胺铸膜液在平板刮膜机上刮出50-100μm的薄膜，干燥得到吸附膜；
步骤三、用电子束垂直照射超滤膜和吸附膜，照射处理后将超滤膜和吸附膜浸没在表面活性剂中，所述表面活性剂为吐温20、吐温80、脂肪醇聚氧乙烯醚和十二烷基磺酸钠中的一种，浸没5-10min进行接枝改性，将接枝改性后的超滤膜和吸附膜进行贴合，并在压辊下压合得到复合膜；
步骤四、用电子束垂直照射复合膜，干燥得到强吸附型超滤膜。
2.如权利要求1所述的一种用于重金属污水处理的强吸附型超滤膜的制备方法，其特征在于，所述超滤膜原料按重量份数计包括：
聚合物 5-20份
溶剂 60-80份。
3.如权利要求2所述的一种用于重金属污水处理的强吸附型超滤膜的制备方法，其特征在于，所述聚合物为聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯中的一种。
4.如权利要求2所述的一种用于重金属污水处理的强吸附型超滤膜的制备方法，其特征在于，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺中的一种。
5.如权利要求1所述的一种用于重金属污水处理的强吸附型超滤膜的制备方法，其特征在于，步骤三中，所述电子束的能量为0.5-5MeV，照射的剂量为500-2000kGy。
6.如权利要求1所述的一种用于重金属污水处理的强吸附型超滤膜的制备方法，其特征在于，步骤四中，所述电子束的能量为5-10MeV，照射的剂量为500-2000kGy。
7.一种如权利要求1至6任一项所述制备方法制备的用于重金属污水处理的强吸附型超滤膜在污水处理中的应用，其特征在于，所述污水中包括镉离子、汞离子、铬离子、铅离子和镍离子中的一种或几种。
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