CN111282456A - 一种高效截留重金属的正渗透膜及其制备方法、应用 - Google Patents

一种高效截留重金属的正渗透膜及其制备方法、应用 Download PDF

Info

Publication number
CN111282456A
CN111282456A CN202010176031.8A CN202010176031A CN111282456A CN 111282456 A CN111282456 A CN 111282456A CN 202010176031 A CN202010176031 A CN 202010176031A CN 111282456 A CN111282456 A CN 111282456A
Authority
CN
China
Prior art keywords
forward osmosis
osmosis membrane
hydrogel
heavy metal
preparation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010176031.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111282456B (zh
Inventor
刘长坤
黄薇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen University
Original Assignee
Shenzhen University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen University filed Critical Shenzhen University
Priority to CN202010176031.8A priority Critical patent/CN111282456B/zh
Publication of CN111282456A publication Critical patent/CN111282456A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111282456B publication Critical patent/CN111282456B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/66—Polymers having sulfur in the main chain, with or without nitrogen, oxygen or carbon only
    • B01D71/68—Polysulfones; Polyethersulfones
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/002—Forward osmosis or direct osmosis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0002—Organic membrane manufacture
    • B01D67/0006—Organic membrane manufacture by chemical reactions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/02—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor characterised by their properties
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
    • C02F1/445—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis by forward osmosis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
    • B01D2325/36—Hydrophilic membranes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/10—Inorganic compounds
    • C02F2101/20—Heavy metals or heavy metal compounds

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

本发明公开一种高效截留重金属的正渗透膜及其制备方法、应用，其中，所述方法包括步骤：在基膜的一面上制备含有纳米颗粒的水凝胶，再采用酸性溶液刻蚀水凝胶中的纳米颗粒，得到一面负载有水凝胶的基膜，最后采用MPD和TMC在所述基膜的负载有水凝胶的一面上进行界面聚合反应形成皮层。本发明制备的高效截留重金属的正渗透膜的皮层表面电荷对重金属离子的静电排斥作用，水凝胶多孔夹层对重金属离子的捕获形成双重截留屏障，有效提高了正渗透膜对重金属离子的截留作用。同时，水凝胶夹层具有孔隙结构和优异的保水功能，并且有效降低了皮层的粗糙度，提高皮层的亲水性，提高了正渗透膜的渗透性能而不影响其截盐性能。

Description

一种高效截留重金属的正渗透膜及其制备方法、应用
技术领域
本发明涉及渗透膜领域，尤其涉及一种高效截留重金属的正渗透膜及其制备方法、应用。
背景技术
重金属资源是人类社会的宝贵财富，是人类发展必不可少的物质基础，对国民经济发展起着重要作用，随着工业化速度的加快和人们消费水平的提高，重金属废水的量正逐年增加。重金属废水是一种具有强毒性、致癌性、致突变性、难降解及易富集等特性的废水，具有毒效性、长期持续性、生物不可降解性等特点，且可通过食物链作用进入人体，并在人体内累积，从而导致各种疾病和机能紊乱，最终对人体健康造成严重危害，还有很多重金属废水污染事件时常发生，对人民群众的生命健康带来极大地威胁。因此，开发出高效的重金属废水处理方法十分有必要。
工业生产中传统的重金属废水处理技术主要包括；沉淀法、物理化学法、电化学法、生物化学法等。但这些方法普遍存在能耗高、处理费用高、二次污染、处理效率低等缺点。近年，新型水处理技术中的正渗透膜(Forward Osmosis，FO)分离技术，由于其分离过程中物质不发生相变、分离效果好、操作简便、无化学副作用、无二次污染、分离产物易于回收等优点，成为处理废水中重金属离子的一种很有前景的方法。该技术的难点主要表现为膜运行过程中存在的浓差极化、膜污染、膜实际应用于重金属废水的复杂性等问题。
大部分的正渗透膜是由多孔结构的支撑层与致密的皮层结构组成，形成传质阻力小且亲水的皮层结构对于提高膜材料的渗透性能是有利的。在正渗透膜皮层结构的形成过程中进行反应单体的掺杂，皮层表面的接枝，采用LBL构建皮层等方面的工作已经报道了许多，但是改性皮层的方法常常会造成以牺牲截盐效果来获得高的水通量的缺点。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高效截留重金属的正渗透膜及其制备方法、应用，旨在解决现有正渗透膜的重金属截留效果差的问题。
本发明的技术方案如下：
一种高效截留重金属的正渗透膜的制备方法，其中，包括步骤：
A、将基膜的一面在纳米颗粒与海藻酸钠的水溶液中浸泡10-20min后取出，接着将浸泡过的一面在含钙交联剂的水溶液中浸泡5-15min后取出，得到一面负载有纳米颗粒和水凝胶的基膜；
B、将所述基膜的负载有纳米颗粒和水凝胶的一面在酸性溶液中浸泡10-20min后，得到一面负载有水凝胶的基膜；
C、将间苯二胺的水溶液铺展在所述基膜的负载有水凝胶的一面，进行表面反应1-2min，除去所述基膜上多余的间苯二胺的水溶液，再将1,3,5-苯三甲酰氯的有机溶液铺展在所述基膜的铺展有间苯二胺的一面，进行界面聚合反应1-2min，除去所述基膜上多余的1,3,5-苯三甲酰氯的有机溶液，得到所述高效截留重金属的正渗透膜。
所述的制备方法，其中，步骤A中，所述基膜的材料为聚醚砜、聚醚或聚偏二氟乙烯。
所述的制备方法，其中，步骤A中，所述纳米颗粒与海藻酸钠的水溶液中，所述纳米颗粒与所述海藻酸钠的质量比为0.05-0.3：0.1-0.5。
所述的制备方法，其中，步骤A中，所述纳米颗粒为氧化锌纳米颗粒、碳酸钙纳米颗粒中的一种或两种。
所述的制备方法，其中，步骤A中，所述纳米颗粒的粒径为10-50nm。
所述的制备方法，其中，步骤A中，所述含钙交联剂为氯化钙、乳酸钙、碳酸氢钙中一种或多种；和/或
所述含钙交联剂的质量浓度为0.8-5wt％。
所述的制备方法，其中，步骤B中，所述酸性溶液由无机酸经水稀释得到，所述无机酸为硫酸、硝酸或盐酸；所述酸性溶液中，所述无机酸的摩尔浓度为0.5-2mol/L。
所述的制备方法，其中，步骤C中，所述间苯二胺的质量浓度为2-8wt％；和/或所述1,3,5-苯三甲酰氯的质量浓度为0.05-0.2wt％。
一种高效截留重金属的正渗透膜，其中，采用如上任意一项所述的制备方法制备得到。
一种高效截留重金属的正渗透膜的应用，其中，将如上所述的高效截留重金属的正渗透膜用于去除水中的重金属离子。
有益效果：本发明通过在支撑层与皮层之间构建水凝胶多孔夹层制备正渗透膜，所述水凝胶多孔夹层采用海藻酸钠与含钙交联剂交联形成。本发明制备的高效截留重金属的正渗透膜皮层表面电荷对重金属离子的静电排斥作用和水凝胶多孔夹层对重金属离子的捕获形成双重截留屏障，有效提高了正渗透膜对重金属离子的截留作用。同时，水凝胶多孔夹层具有孔隙结构和优异的保水功能，并且有效降低了皮层的粗糙度，提高皮层的亲水性，从而有效增加正渗透膜的水分子渗透通道，提高正渗透膜的渗透性能而不影响其截盐性能。
附图说明
图1为本发明实施方式中，一种高效截留重金属的正渗透膜的制备方法较佳实施例流程图。
图2本发明实施方式中，一种高效截留重金属的正渗透膜的形成过程示意图。
图3为实施例2中，以1M的硫酸钠的水溶液为汲取液，以1g/L的Cd2+、Pb2+、Cu2+、Ni2+的水溶液分别作为原料液，测得的M-ZnO、M-0在运行5h后的水通量直方对比图。
图4为实施例2中，以1M的硫酸钠的水溶液为汲取液，以1g/L的Cd2+、Pb2+、Cu2+、Ni2+的水溶液分别作为原料液，测得的M-ZnO、M-0在运行5h后对相同浓度的不同重金属离子的截留率直方对比图。
图5为实施例2中，以1M硫酸钠的水溶液作为汲取液，以1g/L的Cd2+、Pb2+、Cu2+、Ni2+的水溶液分别作为原料液，以3g/L的Cd2+、Pb2+、Cu2+、Ni2+的水溶液分别作为原料液，以5g/L的Cd2+、Pb2+、Cu2+、Ni2+的水溶液分别作为原料液，测得的M-ZnO在运行5h后的水通量直方对比图。
图6为实施例2中，以1M硫酸钠的水溶液作为汲取液，以1g/L的Cd2+、Pb2+、Cu2+、Ni2+的水溶液分别作为原料液，以3g/L的Cd2+、Pb2+、Cu2+、Ni2+的水溶液分别作为原料液，以5g/L的Cd2+、Pb2+、Cu2+、Ni2+的水溶液分别作为原料液，测得的M-ZnO在运行5h后的重金属截留率直方对比图。
图7为实施例2中，以0.5M、1M、2M的葡萄糖的水溶液分别作为汲取液，以浓度均为0.1g/L的硫酸铜、硝酸镍、硝酸镉、硝酸铅的混合溶液作为原料液，测得的M-ZnO、M-0在运行5h后的水通量直方对比图。
图8为实施例2中，以0.5M、1M、2M葡萄糖的水溶液分别作为汲取液，以浓度均为0.1g/L的硫酸铜、硝酸镍、硝酸镉、硝酸铅的混合溶液作为原料液，测得的M-ZnO、M-0在运行5h后对不同重金属离子的截留率对比图。
图9为实施例2中，以1M葡萄糖的水溶液作为汲取液，以浓度均为0.1g/L的硫酸铜、硝酸镍、硝酸镉、硝酸铅的混合溶液，浓度均为1g/L的硫酸铜、硝酸镍、硝酸镉、硝酸铅的混合溶液，浓度均为3g/L的硫酸铜、硝酸镍、硝酸镉、硝酸铅的混合溶液分别作为原料液，测得的M-ZnO在运行5h后的水通量直方对比图。
图10为实施例2中，以1M葡萄糖的水溶液作为汲取液，以浓度均为0.1g/L的硫酸铜、硝酸镍、硝酸镉、硝酸铅的混合溶液，浓度均为1g/L的硫酸铜、硝酸镍、硝酸镉、硝酸铅的混合溶液，浓度均为3g/L的硫酸铜、硝酸镍、硝酸镉、硝酸铅的混合溶液分别作为原料液，测得的M-ZnO在运行5h后对重金属离子的截留率直方对比图。
具体实施方式
本发明提供一种高效截留重金属的正渗透膜及其制备方法、应用，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参阅图1，本发明实施例提供一种高效截留重金属的正渗透膜的制备方法，包括步骤：
S10、将基膜的一面在纳米颗粒与海藻酸钠的水溶液中浸泡10-20min后取出，接着将浸泡过的一面在含钙交联剂的水溶液中浸泡5-15min后取出，得到一面负载有纳米颗粒和水凝胶的基膜。
S20、将所述基膜的负载有纳米颗粒和水凝胶的一面在酸性溶液中浸泡10-20min后，得到一面负载有水凝胶的基膜。
S30、将间苯二胺(m-Phenylenediamine，MPD)的水溶液铺展在所述基膜的负载有水凝胶的一面，进行表面反应1-2min，除去所述基膜上多余的间苯二胺的水溶液，再将1,3,5-苯三甲酰氯(1,3,5-Benzenetricarbonyl trichloride，TMC)的有机溶液铺展在所述基膜的铺展有间苯二胺的一面，进行界面聚合反应1-2min，除去所述基膜上多余的1,3,5-苯三甲酰氯的有机溶液，得到所述高效截留重金属的正渗透膜。
本实施例中，通过在支撑层与皮层之间构建水凝胶多孔夹层制备正渗透膜，所述水凝胶多孔夹层采用海藻酸钠与含钙交联剂交联形成；制得的高效截留重金属的正渗透膜皮层表面电荷对重金属离子的静电排斥作用和水凝胶多孔夹层对重金属离子的捕获形成双重截留屏障，有效提高了正渗透膜对重金属离子的截留作用；同时，水凝胶多孔夹层具有孔隙结构和优异的保水功能，并且有效降低了皮层的粗糙度，提高皮层的亲水性，从而有效增加正渗透膜的水分子渗透通道，提高正渗透膜的渗透性能而不影响其截盐性能。
具体地，参阅图2，本实施例先采用海藻酸钠与含钙交联剂交联在基膜上负载有纳米颗粒和水凝胶，从而在基膜上形成一复合层；接着通过酸对纳米颗粒进行刻蚀，将所述复合层转化为水凝胶夹层，其具有多孔结构；最后采用间苯二胺和1,3,5-苯三甲酰氯在所述水凝胶夹层表面进行界面聚合反应，形成皮层。本实施例制得的正渗透膜中皮层可作为高效截留重金属的正渗透膜的第一道金属截留屏障，皮层的表面电荷对重金属离子具有排斥作用，能够阻隔大部分重金属离子；接着水凝胶多孔夹层作为第二道金属截留屏障，水凝胶采用海藻酸钠与含钙交联剂形成。海藻酸钠中含有大量的羧基基团，羧基基团能够与重金属有效结合，从而形成的水凝胶能够捕获重金属离子，进一步截留了越过皮层的重金属离子；通过采用酸性溶液刻蚀的方法去除分布在水凝胶中的纳米颗粒，使水凝胶夹层具有多孔结构，同时水凝胶多孔夹层有效降低了皮层的粗糙度，提高皮层的亲水性，从而增加了正渗透膜的水通量，提高膜的渗透性。
在一种实施方式中，所述基膜的材料可为但不限于聚醚砜、聚醚或聚偏二氟乙烯，还可以选自其它多孔膜材料。
在一种实施方式中，纳米颗粒与海藻酸钠的水溶液中，纳米颗粒与所述海藻酸钠的质量比为0.05-0.3：0.1-0.5。纳米颗粒太少，水凝胶夹层刻蚀形成的孔洞过少，降低正渗透膜的水通量，纳米颗粒太多，则刻蚀后的水凝胶过少，降低正渗透膜对重金属离子的截留效果。
在一种实施方式中，纳米颗粒可以选自易溶于酸性溶液的材料，负载在水凝胶中的纳米颗粒被酸性溶液刻蚀使水凝胶形成多孔结构，作为举例，其可为但不限于氧化锌纳米颗粒、碳酸钙纳米颗粒中的一种或两种。
进一步在一种实施方式中，纳米颗粒的粒径为10-50nm。纳米颗粒被酸性溶液刻蚀后使水凝胶夹层形成孔洞结构，孔洞的大小取决于纳米颗粒的粒径，纳米颗粒粒径过小，导致水凝胶夹层的孔洞过小，降低正渗透膜的水通量；纳米颗粒粒径过大，导致水凝胶夹层的孔洞过大，降低正渗透膜对重金属离子的截留效果。
在一种实施方式中，纳米颗粒还可以选自具有多孔结构的材料，多孔纳米颗粒分散在水凝胶夹层中，此时，则不需要通过酸溶液的刻蚀；作为举例，纳米颗粒可为但不限于沸石ZIF-8、有机框架COF或有机框架MOF。
在一种实施方式中，含钙交联剂可为但不限于氯化钙、乳酸钙、碳酸氢钙中一种或多种；和/或含钙交联剂的质量浓度为0.8-5wt％。
在一种实施方式中，酸性溶液由无机酸经水稀释得到，无机酸可为但不限于硫酸、硝酸或盐酸；酸性溶液中，无机酸的摩尔浓度为0.5-2mol/L。
在一种实施方式中，间苯二胺的质量浓度为2-8wt％；和/或1,3,5-苯三甲酰氯的质量浓度为0.05-0.2wt％。
在一种实施方式中，1,3,5-苯三甲酰氯的有机溶液由1,3,5-苯三甲酰氯溶于有机溶剂形成，所述有机溶剂选自不与1,3,5-苯三甲酰氯进行反应的非极性溶剂，作为举例，所述有机溶剂可为但不限于正己烷。
本发明还提供一种高效截留重金属的正渗透膜，其中，采用上述制备方法得到。
具体地，本发明的高效截留重金属的正渗透膜由基膜、负载于基膜上的水凝胶多孔夹层、负载于水凝胶多孔夹层上的皮层构成；其中，所述水凝胶多孔夹层为海藻酸钠与含钙交联剂交联形成。本发明的高效截留重金属的正渗透膜的皮层为第一道金属截留屏障，皮层的表面电荷对重金属离子具有排斥作用，水凝胶多孔夹层为第二道金属截留屏障，水凝胶多孔夹层含有丰富的羧基基团，这些基团能够与重金属有效结合，从而捕获越过皮层的重金属离子，皮层与水凝胶多孔夹层为正渗透膜截留重金属离子提供了双重保障，提高正渗透膜的重金属截留效果。同时，水凝胶多孔夹层有效降低皮层的粗糙度，提高皮层的亲水性，而水凝胶具有优良的保水能力，多孔结构增加了水分子的渗透通道，从而提升了高效截留重金属的正渗透膜的渗透性能。
本发明还提供一种高效截留重金属的正渗透膜的应用，其中将上述制备方法制得的高效截留重金属的正渗透膜应用于去除水中重金属离子。
下面通过具体实施例对本发明一种正渗透膜的制备方法做进一步的解释说明。
实施例1制备高效截留重金属的正渗透膜
(1)将0.15g ZnO纳米颗粒与0.13g海藻酸钠溶解于20mL去离子水中，室温下搅拌3h，得到ZnO纳米颗粒与海藻酸钠的水溶液；
将1.5g无水氯化钙溶解于58.5g去离子水中，室温下搅拌1h，得到氯化钙溶液；
将聚醚砜(polyethersulfone，PES)膜的一面在ZnO纳米颗粒与海藻酸钠的水溶液中浸泡10min，接着将浸泡过的一面在氯化钙溶液中浸泡，进行交联反应5min后取出，得到负载含ZnO纳米颗粒的水凝胶的膜，记为PES-N-ZnO。
(2)将PES-N-ZnO浸泡在1mol/L的盐酸中进行酸刻蚀，15min后取出并在空气中自然干燥15min，得到负载水凝胶的膜，记为PES-ZnO。
(3)将质量浓度为4wt％的MPD水溶液铺展在PES-ZnO的负载有水凝胶的一面进行表面反应2min，用吸附纸去除PES-ZnO上多余的溶液，再将质量浓度为0.1wt％的TMC的正己烷溶液铺展在PES-ZnO的负载有水凝胶的一面进行界面聚合反应1min，用吸附纸去除PES-ZnO上多余的溶液，得到高效截留重金属的正渗透膜，记为M-ZnO。
对比例1
采用质量浓度为4wt％的MPD水溶液与质量浓度为0.1wt％的TMC的正己烷溶液直接在PES基膜上进行界面聚合反应制备无夹层的正渗透膜，记为M-0，其制备步骤与实施例1的步骤(3)步类似。
实施例2对实施例1和对比例1制得的正渗透膜M-ZnO、M-0的水通量及其重金属截留性能测试
(1)以硫酸钠的水溶液作为汲取液的条件下对重金属的截留率测试
(1.1)以1mol/L的硫酸钠作为汲取液，以1g/L的硫酸铜、硝酸镍、硝酸镉、硝酸铅的水溶液分别作为原料液，测得M-ZnO、M-0在运行5h后的水通量直方对比如图3所示；M-ZnO、M-0在运行5h后对相同浓度的不同重金属离子的截留率如图4所示。其中，重金属截留率(Rejection)的计算公式为：
Figure BDA0002410861060000101
式中，C1(g/L)是制备的原料液中的重金属离子浓度，C2(g/L)和V2(L)分别为汲取液中重金属离子的最终浓度和最终体积。VP(L)是渗透水的体积。
可知，相同测试条件下，M-0在1g/L的Cu2+、Ni2+、Cd2+、Pb2+的水溶液分别作为原料液中的水通量均在5L/m2h左右，截留率在94.5-95.6％之间；而M-ZnO在1g/L的Cu2+、Ni2+、Cd2+、Pb2+的水溶液分别作为原料液中的水通量均在15L/m2h以上，截留率在98.8-99％之间；说明具有水凝胶多孔夹层的M-ZnO在单一重金属溶液中具有高效的分离性能和重金属截留能力。
(1.2)以3g/L的硫酸铜、硝酸镍、硝酸镉、硝酸铅的水溶液分别作为原料液；及以5g/L的硫酸铜、硝酸镍、硝酸镉、硝酸铅的水溶液分别作为原料液；其它测试条件同(1.1)，再分别测试M-ZnO在运行5h后的水通量和对重金属离子的截留率；测得M-ZnO的水通量直方对比如图5所示，M-ZnO在运行5h后对相同浓度的不同重金属离子的截留率、及不同浓度的相同重金属离子的截留率直方对比如图6所示。
可知，随着单一重金属离子浓度的提高，M-ZnO的水通量下降，但是对各重金属离子的截留率均有提高；说明M-ZnO在高浓度单一重金属溶液中仍然有较高的重金属截留能力。
(2)葡萄糖作为汲取液的条件下的对重金属截留的测试
(2.1)以0.5M、1M、2M的葡萄糖分别作为汲取液，以浓度均为0.1g/L的硫酸铜、硝酸镍、硝酸镉、硝酸铅的混合溶液作为原料液，模拟不同重金属浓度的混合重金属离子废水溶液，测得M-ZnO、M-0在运行5h后的水通量直方对比如图7所示；测得M-ZnO、M-0在运行5h后对重金属离子的截留率如8所示。
可知，在不同浓度的葡萄糖作为汲取液时，M-ZnO的水通量均高于M-0，且M-ZnO正渗透膜在混合金属水溶液中对各种金属的截留率均高于M-0正渗透膜。说明具有水凝胶多孔夹层的M-ZnO在混合重金属溶液中具有高效的分离性能和重金属截留能力。
(2.2)以1M葡萄糖的水溶液作为汲取液，以浓度均为0.1g/L的硫酸铜、硝酸镍、硝酸镉、硝酸铅的混合溶液，浓度均为1g/L的硫酸铜、硝酸镍、硝酸镉、硝酸铅的混合溶液，浓度均为3g/L硫酸铜、硝酸镍、硝酸镉、硝酸铅混合溶液分别作为原料液，测得M-ZnO在运行5h后的水通量直方对比如图9所示；测得M-ZnO在运行5h后对重金属离子的截留率如图10所示。
可知，随着原料液中的重金属的浓度的增加，M-ZnO的水通量下降；但M-ZnO对各重金属离子的截留率仍均有提高，说明M-ZnO在高浓度混合重金属溶液中仍然有较高的重金属截留能力。
综上所述，本发明通过在支撑层与皮层之间构建水凝胶多孔夹层制备正渗透膜，所述水凝胶多孔夹层采用海藻酸钠与含钙交联剂交联形成。本发明制备的高效截留重金属的正渗透膜皮层表面电荷对重金属离子的静电排斥作用和水凝胶多孔夹层对重金属离子的捕获形成双重截留屏障，有效提高了正渗透膜对重金属离子的截留作用。同时，水凝胶多孔夹层具有孔隙结构和优异的保水功能，并且有效降低了皮层的粗糙度，提高皮层的亲水性，从而有效增加正渗透膜的水分子渗透通道，提高正渗透膜的渗透性能而不影响其截盐性能。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种高效截留重金属的正渗透膜的制备方法，其特征在于，包括步骤：
A、将基膜的一面在纳米颗粒与海藻酸钠的水溶液中浸泡10-20min后取出，接着将浸泡过的一面在含钙交联剂的水溶液中浸泡5-15min后取出，得到一面负载有纳米颗粒和水凝胶的基膜；
B、将所述基膜的负载有纳米颗粒和水凝胶的一面在酸性溶液中浸泡10-20min后，得到一面负载有水凝胶的基膜；
C、将间苯二胺的水溶液铺展在所述基膜的负载有水凝胶的一面，进行表面反应1-2min，除去所述基膜上多余的间苯二胺的水溶液，再将1,3,5-苯三甲酰氯的有机溶液铺展在所述基膜的铺展有间苯二胺的一面，进行界面聚合反应1-2min，除去所述基膜上多余的1,3,5-苯三甲酰氯的有机溶液，得到所述高效截留重金属的正渗透膜。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤A中，所述基膜的材料为聚醚砜、聚醚或聚偏二氟乙烯。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤A中，所述纳米颗粒与海藻酸钠的水溶液中，所述纳米颗粒与所述海藻酸钠的质量比为0.05-0.3：0.1-0.5。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤A中，所述纳米颗粒为氧化锌纳米颗粒、碳酸钙纳米颗粒中的一种或两种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤A中，所述纳米颗粒的粒径为10-50nm。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤A中，所述含钙交联剂为氯化钙、乳酸钙、碳酸氢钙中一种或多种；和/或
所述含钙交联剂的质量浓度为0.8-5wt％。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤B中，所述酸性溶液由无机酸经水稀释得到，所述无机酸为硫酸、硝酸或盐酸；所述酸性溶液中，所述无机酸的摩尔浓度为0.5-2mol/L。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤C中，所述间苯二胺的质量浓度为2-8wt％；和/或所述1,3,5-苯三甲酰氯的质量浓度为0.05-0.2wt％。
9.一种高效截留重金属的正渗透膜，其特征在于，采用如权利要求1-8任意一项所述的制备方法制备得到。
10.一种高效截留重金属的正渗透膜的应用，其特征在于，将如权利要求9所述的高效截留重金属的正渗透膜用于去除水中的重金属离子。
CN202010176031.8A 2020-03-13 2020-03-13 一种高效截留重金属的正渗透膜及其制备方法、应用 Active CN111282456B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010176031.8A CN111282456B (zh) 2020-03-13 2020-03-13 一种高效截留重金属的正渗透膜及其制备方法、应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010176031.8A CN111282456B (zh) 2020-03-13 2020-03-13 一种高效截留重金属的正渗透膜及其制备方法、应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111282456A true CN111282456A (zh) 2020-06-16
CN111282456B CN111282456B (zh) 2021-10-26

Family

ID=71024976

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010176031.8A Active CN111282456B (zh) 2020-03-13 2020-03-13 一种高效截留重金属的正渗透膜及其制备方法、应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111282456B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112295422A (zh) * 2020-10-26 2021-02-02 天津大学 海藻酸钙-共价有机骨架材料纳米片-水解聚丙烯腈三层膜及制备和应用
CN112777830A (zh) * 2020-12-24 2021-05-11 浙江海洋大学 一种污水脱氮磷资源化联合海水发电的工艺
CN114031164A (zh) * 2021-12-02 2022-02-11 西安交通大学 一种高钙废水和重金属离子工业废水的处理方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103170250A (zh) * 2013-04-02 2013-06-26 天津工业大学 一种水过滤用杂化水凝胶平板膜及其制备方法
CN103977716A (zh) * 2014-05-22 2014-08-13 武汉工程大学 一种过滤重金属离子的分离膜及其制备方法
CN105879701A (zh) * 2016-05-06 2016-08-24 北京林业大学 一种二维纳米材料嵌层的新型复合正渗透膜及其制备方法
KR20160139213A (ko) * 2015-05-27 2016-12-07 서울대학교산학협력단 중금속 흡수를 위한 멤브레인 및 그 제조방법
CN108355497A (zh) * 2018-02-09 2018-08-03 深圳大学 一种高性能正渗透膜及其制备方法、应用
CN108745005A (zh) * 2018-05-28 2018-11-06 成都新柯力化工科技有限公司 一种用于污水处理的吸附膜及其制备方法
US20190292074A1 (en) * 2014-06-06 2019-09-26 University Of Houston System Porous nanocomposite polymer hydrogels for water treatment

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103170250A (zh) * 2013-04-02 2013-06-26 天津工业大学 一种水过滤用杂化水凝胶平板膜及其制备方法
CN103977716A (zh) * 2014-05-22 2014-08-13 武汉工程大学 一种过滤重金属离子的分离膜及其制备方法
US20190292074A1 (en) * 2014-06-06 2019-09-26 University Of Houston System Porous nanocomposite polymer hydrogels for water treatment
KR20160139213A (ko) * 2015-05-27 2016-12-07 서울대학교산학협력단 중금속 흡수를 위한 멤브레인 및 그 제조방법
CN105879701A (zh) * 2016-05-06 2016-08-24 北京林业大学 一种二维纳米材料嵌层的新型复合正渗透膜及其制备方法
CN108355497A (zh) * 2018-02-09 2018-08-03 深圳大学 一种高性能正渗透膜及其制备方法、应用
CN108745005A (zh) * 2018-05-28 2018-11-06 成都新柯力化工科技有限公司 一种用于污水处理的吸附膜及其制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHANGKUNLIU: "Investigation on the removal performances of heavy metal ions with the layer-by-layer assembled forward osmosis membranes", 《CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL》 *
XI ZHANG: "Polyphenol Coating as an Interlayer for Thin-Film Composite Membranes with Enhanced Nanofiltration Performance", 《ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES》 *
魏梦梦: "蛋白质印迹海藻酸钙基复合水凝胶膜的制备及性能研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112295422A (zh) * 2020-10-26 2021-02-02 天津大学 海藻酸钙-共价有机骨架材料纳米片-水解聚丙烯腈三层膜及制备和应用
CN112777830A (zh) * 2020-12-24 2021-05-11 浙江海洋大学 一种污水脱氮磷资源化联合海水发电的工艺
CN112777830B (zh) * 2020-12-24 2023-03-24 浙江海洋大学 一种污水脱氮磷资源化联合海水发电的工艺
CN114031164A (zh) * 2021-12-02 2022-02-11 西安交通大学 一种高钙废水和重金属离子工业废水的处理方法
CN114031164B (zh) * 2021-12-02 2023-03-14 西安交通大学 一种高钙废水和重金属离子工业废水的处理方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111282456B (zh) 2021-10-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111282456B (zh) 一种高效截留重金属的正渗透膜及其制备方法、应用
CN110026091B (zh) 一种离子液体改性的荷正电复合纳滤膜及其制备方法
CN113893713B (zh) 一种高选择性锂镁分离膜的制备方法
CN112999899B (zh) 可再生超薄多层复合正渗透膜及其制备方法与应用
CN108704489B (zh) 一种油水分离用柔性Janus分离膜的制备方法和应用
CN111450715A (zh) 一种疏松纳滤膜及其制备方法和应用
CN114432907B (zh) 具有超高锂镁选择性的复合纳滤膜及其制备方法与应用
CN113769593A (zh) 一种用于盐湖提锂的纳滤膜及其制备方法
CN109364774B (zh) 一种离子型聚合物和氧化石墨烯纳米复合膜及其制备方法和应用
CN108295812B (zh) 一种用于选择性去除水中金属离子的氧化石墨烯复合膜及其制备方法、应用
CN113368688B (zh) 一种氧化二硫化钼二维纳米复合膜的制备方法
EP1007194A1 (en) Polyion complex separation membrane with a double structure
CN112316753B (zh) 高通量疏松型中空纤维纳滤膜的制备方法
CN109046025A (zh) 选择性分离微量有机物和钙镁离子的纳滤膜及其制备方法
Diainabo et al. Preparation and characterization of hybrids of cellulose acetate membranes blended with polysulfone and embedded with silica for Copper (II), Iron (II) and Zinc (II) removal from contaminated solutions
CN110394069A (zh) 采用无机盐添加剂制备的聚酰胺复合膜、其制备和应用
CN115025620B (zh) 一种盐湖提锂用纳滤膜及其生产工艺
CN115155531B (zh) 一种聚苯胺/Fe3O4/CuO纤维及其制备方法、应用
CN110548400A (zh) 一种大通量反渗透膜及制备方法
CN115007003A (zh) 一种高通量荷正电复合纳滤膜、制备方法及应用
KR950004917B1 (ko) 폴리아크릴로니트릴 한외 여과막의 제조방법
CN110756067B (zh) 一种嵌入磺化聚合物交联网络的氧化石墨烯基二维复合膜的制备方法及其应用
CN114016285A (zh) 一种用于海水淡化的功能纳米纤维膜的制备方法
CN114191991A (zh) 金属离子配位交联的聚酰亚胺耐溶剂纳滤膜、制法及应用
CN114082306A (zh) 一种通过重整聚酰胺分离层制备兼具高盐截留率高通量反渗透复合膜的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant