CN113477105B - 一种含有巯基的复合膜的制备方法及应用 - Google Patents

一种含有巯基的复合膜的制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含有巯基的复合膜的制备方法，并将其应用在复合膜电渗析处理废水技术领域，具体公开了优先制备阳离子交换膜，再将含有巯基的阴离子交换膜修饰于阳离子交换膜上，最终得到含有巯基的新型复合膜；本发明中利用巯基与贵金属离子之间的特殊作用力，使得新型复合膜对于废水中的贵金属离子有了更高的选择性；本专利在实验中不需使用其他化学试剂，处理后的废液可再次作为渗滤液使用，实现了分离和富集贵金属离子的目的。

Description

一种含有巯基的复合膜的制备方法及应用
技术领域
本发明涉及一种含有巯基的复合膜的制备方法及应用，利用双极膜电渗析工艺处理废水技术领域。
背景技术
贵金属因其具有较高的稳定性而广泛应用于工业领域，如钯和金是航空、航天、航海等高科技领域不可或缺的关键材料，银由于具有良好的导电导热性能广泛应用于电镀、影像业、感官材料等领域。随着我国工业科技的飞速发展，对贵金属的需求量也越来越多。为了满足国民经济的发展需求，同时解决我国贵金属资源储量匮乏的问题，从废水废料中分离、富集、回收贵金属一方面能够有效补充经济发展的需求，另一方面含有贵金属的废水若不经处理直接排入水体中，不仅会造成环境的污染，还会导致贵金属资源的大量浪费，因此，从长远发展来看，采取合理措施分离、富集、回收贵金属有着重要的意义。
现有技术中已经公开了以钯银金废料为研究对象，采用湿法化学法对其中的钯、银、金进行了回收(张卜升,孟晗琪,陈昆昆.钯银金镍废料中贵金属的回收研究[J].广东化工,2020,47(20):25-26.)；或以高温石墨还原法、甲醛还原法和锌粉置换法回收银(许亚兰,宁梦洁,陶鹏程,王梦巧,杨明.含银废液中银的回收和利用[J].武汉轻工大学学报，2019,38(02):91-93+108.)；申请号为CN01121037.0的专利公开了从贵金属微粒分散液中回收贵金属的方法，具体公开了在溶剂中分散有含金或/和银微粒的贵金属微粒分散液中，添加作为凝聚剂的具有巯基的化合物，使贵金属微粒子凝聚后，凝聚的贵金属微粒与溶剂分离，进而简单地回收工业中有用性高的贵金属，但是该技术存在处理复杂样品时回收的贵金属中带有较多杂质。
膜分离技术是一种以分离膜为核心，进行浓缩、分离和提纯物质的一种新型技术，具有无相变、节能环保、操作容易、占地面积小等优点，但也存在着处理简单样品或者复杂样品时对目标离子的选择性较低等问题。
发明内容
为了解决现有技术所存在的上述问题，本发明提供一种含有巯基的复合膜的制备方法，在普通双极膜的基础上引入巯基，合成一种新型复合双极膜并将其应用在电渗析技术有效分离及富集废水中贵金属离子，新型复合双极膜改变了原有双极膜的性能，提高双极膜在处理废水时对贵金属离子的选择性。
本发明的技术方案如下：
本发明的目的之一在于提供一种含有巯基的复合膜的制备方法，先制备阳离子交换膜，再将含有巯基的阴离子交换膜修饰于阳离子交换膜上，得到含有巯基的复合膜材料。
进一步的，所述汉以后巯基的复合膜的制备方法，具体包括如下步骤：
S1、取单体溶于溶剂中，机械搅拌，配制成质量分数为0.2％～10.0％的单体溶液；取分散剂溶于溶剂中，水浴加热至完全溶解，配制成质量分数为1.0％～6.0％的分散剂溶液；
S2、将经过步骤S1获得的两溶液混合，得到粘稠透明的阳离子交换膜膜液，将膜液流延于平整的器皿上进行干燥；干燥后加入为质量分数为3.0％～9.0％的交联剂进行交联反应；交联反应后使用反应溶剂洗涤未反应物质至清洁，干燥后得到阳离子交换膜；
S3、取另一单体溶于溶剂中，机械搅拌，配制成单体溶液；向溶液中加入含有巯基的功能单体，加速搅拌溶解；
S4、在经过步骤S3获得的混合溶液中加入质量分数为0.1％～0.5％的交联剂进行交联，得到淡黄色粘稠的阴离子交换膜膜液，将所得膜液流延于经过步骤S2获得的阳离子交换膜上，干燥得到巯基复合膜。
进一步的，所述步骤S1中单体为羧甲基纤维素钠或海藻酸钠，分散剂为聚乙烯醇或聚丙烯酸钠。
进一步的，所述步骤S2中交联剂为氯化铁、氯化钙或氯化铜中的一种，交联反应时间为15～30min。
进一步的，所述步骤S3中单体为壳聚糖或聚丙烯酰胺，含巯基的功能单体为硫脲或烯丙基硫脲。
进一步的，所述步骤S4中交联剂为戊二醛，交联反应时间为15～30min。
进一步的，所述步骤S3中加入的含巯基的功能单体与单体的摩尔比为1:1～1:9。
进一步的，制备过程中所用溶剂为去离子水、乙醇、乙酸中一种或二种及以上混合溶液。
本发明的目的之二在于提供一种上述制备方法制得的含有巯基的复合膜。
本发明的目的之三在于提供一种含有巯基的复合膜在电渗析处理废水中分离或富集贵金属中的应用。
其中，将含有巯基的复合膜应用在电渗析处理废水中，首先在阳极室注入待处理的废水，在阴极室注入电解质溶液，在阳极室与阴极室之间用上述巯基复合膜分隔开；对阴极室和阳极室中的溶液进行通电处理，同时对阳极室内的废水进行搅拌处理，通电处理一段时间后，可取样检测出废水中的贵金属离子去除率。
相较于现有技术，本发明的有益效果在于：
(1)本发明在普通双极膜的阴离子交换膜中引入巯基，对阴离子膜进行改性制备了新型的复合膜材料，新型复合膜材料充分利用了巯基与贵金属离子之间的特殊作用力，使得阴离子交换膜能够对废水中的贵金属离子起到更为准确和高效的选择性，起到了分离或富集贵金属离子的目的。
(2)本发明中制备新型巯基复合膜材料的制备方法较为简便，反应条件温和，利用巯基复合膜处理废水的过程中不需要使用其它化学试剂，处理后的废液可再次作为渗滤液实用。
附图说明
图1为本发明实施例1制得的含有巯基的复合膜的样品图；
图2为本发明实施例1制得的含有巯基的复合膜用于去除金属离子的示意图。
具体实施方式
下面结合较佳实施例和附图对本发明做进一步的说明。
实施例1
一种含有巯基的复合膜的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、称取9.0g羧甲基纤维素钠(CMC)溶于291mL去离子水中，机械搅拌，配制成质量分数为3.0％的羧甲基纤维素钠溶液；另称取6.0g聚乙烯醇(PVA)溶于194mL去离子水中，80℃水浴加热至完全溶解，配制成质量分数为3.0％的聚乙烯醇溶液；
S2、将羧甲基纤维素钠溶液和聚乙烯醇溶液机械搅拌混合均匀，减压脱泡，得到粘稠透明的膜液，将膜液流延于平整的器皿上，干燥后，以质量分数为8.0％的氯化铁(FeCl3)溶液作为交联剂进行交联，交联时间为15min，后倒掉交联剂并用蒸馏水进行冲洗，干燥后得羧甲基纤维素钠-聚乙烯醇(CMC-PVA)阳离子交换膜；
S3、称取9.0g壳聚糖，用300mL质量分数为2.0％的乙酸水溶液搅拌溶解，配制得到质量分数为3.0％的壳聚糖乙酸水溶液；向壳聚糖乙酸水溶液中加入4.2498g硫脲，其中，壳聚糖与硫脲摩尔比为1:1，加速搅拌溶解；
S4、在经过步骤S3获得的混合溶液中缓慢滴加9mL质量分数为0.25％的戊二醛溶液进行交联，交联时间为30min，加速搅拌，后进行减压脱泡，得到淡黄色粘稠的膜液；将此膜液流延于之前所制备的CMC-PVA阳离子交换膜上，室温下风干得到羧甲基纤维素钠-聚乙烯醇/硫脲-壳聚糖双极膜。
实施例2
一种含有巯基的复合膜的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、称取9.0g羧甲基纤维素钠(CMC)溶于91mL去离子水中，机械搅拌，配制成质量分数为10.0％的羧甲基纤维素钠溶液；另称取6.0g聚乙烯醇(PVA)溶于101mL蒸馏水中，80℃水浴加热至完全溶解，配制成质量分数为6.0％的聚乙烯醇溶液；
S2、将羧甲基纤维素钠溶液和聚乙烯醇溶液机械搅拌混合均匀，减压脱泡，得到粘稠透明的膜液，将膜液流延于平整的器皿上，干燥后，以质量分数为6.0％的氯化铜(CuCl2)溶液作为交联剂进行交联，交联时间为30min，后倒掉交联剂并用蒸馏水进行冲洗，干燥后得羧甲基纤维素钠-聚乙烯醇(CMC-PVA)阳离子交换膜；
S3、称取18.0g壳聚糖，用300mL质量分数为1.0％的乙酸水溶液搅拌溶解，配制得到质量分数为6.0％的壳聚糖乙酸水溶液；向壳聚糖乙酸水溶液中加入5.6724g硫脲，其中，壳聚糖与硫脲摩尔比为3:2，加速搅拌溶解；
S4、在经过步骤S3获得的混合溶液中缓慢滴加9mL质量分数为0.1％的戊二醛溶液进行交联，交联时间为15min，加速搅拌，后进行减压脱泡，得到淡黄色粘稠的膜液；将此膜液流延于之前所制备的CMC-PVA阳离子交换膜上，室温下风干得到羧甲基纤维素钠-聚乙烯醇/硫脲-壳聚糖双极膜。
实施例3
一种含有巯基的复合膜的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、称取9.0g海藻酸钠(SA)溶于501mL乙醇水溶液中，机械搅拌，配制成质量分数为0.2％的海藻酸钠溶液；另称取6.0g聚乙烯醇(PVA)溶于101mL蒸馏水中，80℃水浴加热至完全溶解，配制成质量分数为1.0％的聚乙烯醇溶液；
S2、将海藻酸钠溶液和聚乙烯醇溶液机械搅拌混合均匀，减压脱泡，得到粘稠透明的膜液，将膜液流延于平整的器皿上，干燥后，以质量分数为3.0％的氯化铁(FeCl3)溶液作为交联剂进行交联，交联时间为25min，后倒掉交联剂并用蒸馏水进行冲洗，干燥后得羧甲基纤维素钠-聚乙烯醇(CMC-PVA)阳离子交换膜；
S3、称取3.0g壳聚糖，用33mL质量分数为9.0％的乙酸水溶液搅拌溶解，配制得到质量分数为9.0％的壳聚糖乙酸水溶液；向壳聚糖乙酸水溶液中加入0.9267g烯丙基硫脲，其中，壳聚糖与烯丙基硫脲摩尔比为7:3，加速搅拌溶解；
S4、在经过步骤S3获得的混合溶液中缓慢滴加9mL质量分数为0.3％的戊二醛溶液进行交联，交联时间为20min，加速搅拌，后进行减压脱泡，得到淡黄色粘稠的膜液；将此膜液流延于之前所制备的CMC-PVA阳离子交换膜上，室温下风干得到羧甲基纤维素钠-聚乙烯醇/烯丙基硫脲-壳聚糖双极膜。
实施例4
一种含有巯基的复合膜的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、称取9.0g海藻酸钠(SA)溶于291mL去离子水中，机械搅拌，配制成质量分数为3.0％的海藻酸钠溶液；另称取6.0g聚乙烯醇(PVA)溶于194mL去离子水中，80℃水浴加热至完全溶解，配制成质量分数为3.0％的聚乙烯醇溶液；
S2、将海藻酸钠溶液和聚乙烯醇溶液机械搅拌混合均匀，减压脱泡，得到粘稠透明的膜液，将膜液流延于平整的器皿上，干燥后，以质量分数为8.0％的氯化钙(CaCl2)溶液作为交联剂进行交联，交联时间为15min，后倒掉交联剂并用蒸馏水进行冲洗，干燥后得海藻酸钠-聚乙烯醇(SA-PVA)阳离子交换膜；
S3、称取3.0g聚丙烯酰胺，用300mL质量分数为2.0％的乙醇水溶液搅拌溶解，配制得到质量分数为1.0％的壳聚糖乙醇水溶液；向聚丙烯酰胺乙酸水溶液中加入1.3784g硫脲，其中，聚丙烯酰胺与硫脲摩尔比为7:3，加速搅拌溶解；
S4、在经过步骤S3获得的混合溶液中缓慢滴加9mL质量分数为0.5％的戊二醛溶液进行交联，交联时间为25min，加速搅拌，后进行减压脱泡，得到淡黄色粘稠的膜液；将此膜液流延于之前所制备的SA-PVA阳离子交换膜上，室温下风干得到海藻酸钠-聚乙烯醇/硫脲-聚丙烯酰胺双极膜。
将上述实施例1至4制得的含有巯基的复合膜应用于电渗析处理废水中分离或富集贵金属，参见附图1和图2，利用实施例1的方法制得的羧甲基纤维素钠-聚乙烯醇/硫脲-壳聚糖双极膜作为阳极室和阴极室之间的分隔膜，对阴阳两室的溶液进行通电处理，同时对阳极室中的废液进行搅拌处理，通电处理一段时间后，取样检测，从图1中可以看出，废液中贵金属离子Ag+的去除率较高，可达85％以上，明显高于Cu2+、Cr3+和Ni2+，说明本发明提供的含有巯基的复合膜对贵金属离子Ag+较好的选择性，能够对贵金属离子Ag+起到分离或负极的目的。
以上所述实施例均为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本专利的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本专利的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种含有巯基的复合膜的制备方法，其特征在于：先制备阳离子交换膜，再将含有巯基的阴离子交换膜修饰于阳离子交换膜上，得到含有巯基的复合膜材料；所述制备方法具体包括如下步骤：
S1、取单体溶于溶剂中，机械搅拌，配制成质量分数为0.2％～10.0％的单体溶液；取分散剂溶于溶剂中，水浴加热至完全溶解，配制成质量分数为1.0％～6.0％的分散剂溶液；其中，单体为羧甲基纤维素钠或海藻酸钠，分散剂为聚乙烯醇或聚丙烯酸钠；
S2、将经过步骤S1获得的两溶液混合，得到粘稠透明的阳离子交换膜膜液，将膜液流延于平整的器皿上进行干燥；干燥后加入为质量分数为3.0％～9.0％的交联剂进行交联反应；交联反应后使用反应溶剂洗涤未反应物质至清洁，干燥后得到阳离子交换膜；
S3、取另一单体溶于溶剂中，机械搅拌，配制成单体溶液；向溶液中加入含有巯基的功能单体，加速搅拌溶解；其中，单体为壳聚糖或聚丙烯酰胺，含巯基的功能单体为硫脲或烯丙基硫脲；
S4、向经过步骤S3获得的混合溶液中加入质量分数为0.1％～0.5％的交联剂进行交联，得到阴离子交换膜膜液，将所得膜液流延于经过步骤S2获得的阳离子交换膜上，干燥得到巯基复合膜。
2.如权利要求1所述的一种含有巯基的复合膜的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中交联剂为氯化铁、氯化钙或氯化铜中的一种，交联反应时间为15～30min。
3.如权利要求1所述的一种含有巯基的复合膜的制备方法，其特征在于：所述步骤S4中交联剂为戊二醛，交联反应时间为15～30min。
4.如权利要求2所述的一种含有巯基的复合膜的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中加入的含有巯基的功能单体与单体的摩尔比为1:1～1:9。
5.如权利要求1所述的一种含有巯基的复合膜的制备方法，其特征在于：制备过程中所用溶剂为去离子水、乙醇、乙酸中一种或二种及以上混合溶液。
6.一种如权利要求2至5任一所述的含有巯基的复合膜的制备方法制得的巯基复合膜。
7.一种如权利要求6所述的巯基复合膜在电渗析处理废水中分离或富集贵金属中的应用。
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