CN117000045A - 一种用于去除重金属的疏松纳滤膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种用于去除重金属的疏松纳滤膜及其制备方法，属于高分子材料技术领域。该方法包括：将氧化石墨烯加入到木质素四氢呋喃溶液中，得到木质素氧化石墨烯复合纳米球；将苯乙烯马来酸酐、添加剂和聚合物膜材料在有机溶剂中共混成为均相铸膜液；利用相转化法将均相铸膜液制备成表面酸酐化超滤基膜；将木质素氧化石墨烯复合纳米球分散在聚乙烯亚胺水溶液中，得到混合溶液；将表面酸酐化超滤基膜与混合溶液进行交联反应，得到疏松纳滤膜。本申请的有益效果为：实现一步交联法即可制备出具有去除重金属性能的疏松纳滤复合膜；制备得到的疏松纳滤膜具有水通量高，结合力强的效果。
Description
技术领域
本申请涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种用于去除重金属的疏松纳滤膜及其制备方法。
背景技术
南方地区降雨量较大，降雨过程中雨水特别是酸雨对碳酸岩的溶蚀作用非常明显，这在某种程度上加大了水的硬度；该地区还分布着众多矿山，重金属超标是矿区附近水体普遍存在的问题。硬度及重金属含量高导致饮用水中钙、镁、碳酸根、硫酸根、镉(Cd)、汞(Hg)、锌(Zn)、铅(Pb)、铜(Cu)、铬(Cr)、砷(As)等含量超标，这也是除微生物超标外当前喀斯特地区水体所面临的主要污染问题。上述喀斯特地区所存在的饮用水水质现状，严重威胁当地居民的身体健康，因此，应把保障安全饮水作为该地区的工作重点，开发出具有去除重金属性能的新型纳滤膜是十分具有研究意义的。
纳滤(NF)分离技术是一种绿色分离纯化技术，在小分子物质的浓缩，盐分的去除等领域应用较广，它是一种以压力为驱动力的膜过程，膜孔径在0.5-2nm之间，可以有效截留水体中大部分多价离子及重金属，由于NF膜分离性能介于反渗透和超滤之间，也被称为“疏松”反渗透膜和“致密”超滤膜。因为纳滤膜的渗透性优于反渗透膜，从而可以在低操作压力下获得足够的水通量，常被用于脱盐(硬水软化、海水淡化预处理)、小分子脱除(重金属离子和小分子污染物的去除)、加工产品浓缩与纯化(染料除盐、牛奶除盐)和物质分离(单价和多价离子的分离、大分子和小分子分离)等方面。商用纳滤膜由间苯二胺(MPD)或哌嗪(PIP)同均苯三甲酰氯(TMC)在基膜表面快速进行交联反应，形成苯环与苯环紧密相连的致密聚酰胺交联结构，该种交联分子结构赋予纳滤膜对多价盐及重金属的高效去除能力，但存在透水能力差、操作压力高，水通量低等问题。因此商用纳滤膜虽然具有特殊的分离特性，然而它的水通量普遍较低，基本都在10L/m2·h·bar以下，极大的限制了其应用。通常在满足了分离选择性的基础上，水通量是考量纳滤膜好坏的另一个重要因素，具有高选择性的纳滤膜若水通量过低，则其应用必然受到限制。根据纳滤膜具体应用需求，创新设计其分离层结构是当下纳滤膜的发展方向。
发明内容
本申请实施例的目的是提供一种用于去除重金属的疏松纳滤膜及其制备方法，其通过一步反应即可获得可用于高效重金属脱除的纳滤膜，根据该制备方法获得的产品具有渗透性能优异、重金属脱除效率高的特点，从而可以解决背景技术中涉及的至少一个技术问题。
为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：
本申请实施例提供了一种用于去除重金属的疏松纳滤膜制备方法，包括：
步骤S1：将氧化石墨烯加入到木质素四氢呋喃溶液中，得到木质素氧化石墨烯复合纳米球；
步骤S2：将苯乙烯马来酸酐、添加剂和聚合物膜材料在有机溶剂中共混成为均相铸膜液；
步骤S3：利用相转化法将均相铸膜液制备成表面酸酐化超滤基膜；
步骤S4：将木质素氧化石墨烯复合纳米球分散在聚乙烯亚胺水溶液中，得到混合溶液；
步骤S5：将表面酸酐化超滤基膜与混合溶液进行交联反应，得到疏松纳滤膜。
可选的，在步骤S2中，添加剂为聚乙二醇或聚乙烯吡咯烷酮中的一种或两种的混合物。
可选的，在步骤S2中，有机溶剂为N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)或N,N-二甲基甲酰胺(DMF)。
可选的，在步骤S2中，苯乙烯马来酸酐为酸酐含量达10％以上的聚合物。
可选的，在步骤S2中，苯乙烯马来酸酐、添加剂、聚合物膜材料以及有机溶剂的质量百分数分别为17-25％、1-8％、3-10％以及68-85％。
可选的，在步骤S4中，木质素氧化石墨烯复合纳米球(LGNs)的质量分数为0.2-5g/L。
可选的，在步骤S4中，聚乙烯亚胺的质量分数为0.5-10g/L。
可选的，在步骤S3中，超滤基膜放置在去离子水中保存。
本申请实施例还提供了一种用于去除重金属的疏松纳滤膜，由所述的制备方法制备而成。
本申请的有益效果如下：
1、实现一步交联法即可制备出具有去除重金属性能的疏松纳滤复合膜；
2、方法简单，膜性能优异，成本低廉；同时，由于SMA与基体间通过共混增强了分离层与支撑层间的结合能力，制备得到的疏松纳滤膜具有水通量高，结合力强的效果；
3、在以饮用水为目的的水处理过程中具有良好发展前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1是本申请实施例提供的用于去除重金属的疏松纳滤膜制备方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的用于去除重金属的疏松纳滤膜制备方法进行详细地说明。
请参见图1所示，本申请实施例提供的一种用于去除重金属的疏松纳滤膜制备方法，包括：
步骤S1：将氧化石墨烯加入到木质素四氢呋喃溶液中，得到木质素氧化石墨烯复合纳米球；
步骤S2：将苯乙烯马来酸酐、添加剂和聚合物膜材料在有机溶剂中共混成为均相铸膜液；
步骤S3：利用相转化法将均相铸膜液制备成表面酸酐化超滤基膜；
步骤S4：将木质素氧化石墨烯复合纳米球分散在聚乙烯亚胺水溶液中，得到混合溶液；
步骤S5：将表面酸酐化超滤基膜与混合溶液进行交联反应，得到疏松纳滤膜。
在步骤S2中，添加剂为聚乙二醇或聚乙烯吡咯烷酮中的一种或两种的混合物。有机溶剂为N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)或N,N-二甲基甲酰胺(DMF)。苯乙烯马来酸酐为酸酐含量达10％以上的聚合物。乙烯马来酸酐、添加剂、聚合物膜材料以及有机溶剂的质量百分数分别为17-25％、1-8％、3-10％以及68-85％。
在步骤S3中，超滤基膜放置在去离子水中保存。
在步骤S4中，木质素氧化石墨烯复合纳米球(LGNs)的质量分数为0.2-5g/L。聚乙烯亚胺的质量分数为0.5-10g/L。
本申请实施例还提供了一种用于去除重金属的疏松纳滤膜，由所述的制备方法制备而成。
下面以具体实施例1-4对本申请提供的用于去除重金属的疏松纳滤膜制备方法进行详细说明。
实施例1
实施例1提供了一种用于去除重金属的疏松纳滤膜制备方法，具体步骤如下：
1)铸膜液的制备：将18g聚醚砜与3g SMA及5g聚乙二醇-800加入到74gDMAC有机溶液中，加热到70℃，搅拌至均相；
2)真空静置脱泡：将上述铸膜液保持加热状态下抽真空，停止搅拌进行脱泡处理；
3)基膜的制备：通过相转化法将上述铸膜液制备成基膜，放置于去离子水中待用；
4)疏松纳滤膜的制备：将1g木质素氧化石墨烯复合纳米球(LGNs)分散到质量分数为2g/L的聚乙烯亚胺溶液中，将溶液倾倒于基膜表面，交联2h后得到疏松纳滤膜。
实施例2
实施例2提供了一种用于去除重金属的疏松纳滤膜制备方法，具体步骤如下：
1)铸膜液的制备：将20g聚砜与2g SMA及5g聚乙烯吡咯烷酮K30加入到73g DMAC有机溶液中，加热到70℃，搅拌至均相；
2)真空静置脱泡：将上述铸膜液保持加热状态下抽真空，停止搅拌进行脱泡处理；
3)基膜的制备：通过相转化法将上述铸膜液制备成基膜，放置于去离子水中待用；
4)疏松纳滤膜的制备：将2g木质素氧化石墨烯复合纳米球(LGNs)分散到5g/L的聚乙烯亚胺溶液中，将溶液倾倒于基膜表面，交联1.5h后得到疏松纳滤膜。
实施例3
实施例3提供了一种用于去除重金属的疏松纳滤膜制备方法，具体步骤如下：
1)铸膜液的制备：将18g聚偏氟乙烯与4g SMA及3g聚乙烯吡咯烷酮加入到75gDMAC有机溶液中，加热到80℃，搅拌至均相；
2)真空静置脱泡：将上述铸膜液保持加热状态下抽真空，停止搅拌进行脱泡处理；
3)基膜的制备：通过相转化法将上述铸膜液制备成基膜，放置于去离子水中待用；
4)疏松纳滤膜的制备：将3g木质素氧化石墨烯复合纳米球(LGNs)分散到10g/L的聚乙烯亚胺溶液中，将溶液倾倒于基膜表面，交联2h后得到疏松纳滤膜。
实施例4
实施例4提供了一种用于去除重金属的疏松纳滤膜制备方法，具体步骤如下：
1)铸膜液的制备：将21g聚砜与2g SMA及7g聚乙二醇-1000加入到70gDMAC有机溶液中，加热到80℃，搅拌至均相；
2)真空静置脱泡：将上述铸膜液保持加热状态下抽真空，停止搅拌进行脱泡处理；
3)基膜的制备：通过相转化法将上述铸膜液制备成基膜，放置于去离子水中待用；
4)疏松纳滤膜的制备：将1g木质素氧化石墨烯复合纳米球(LGNs)分散到为8g/L的聚乙烯亚胺溶液中，将溶液倾倒于基膜表面，交联5h后得到疏松纳滤膜。
上述实施例1-4获得的产品性能如下表1所示。
表1实施例1-4产品性能
通过上述实验得知，制备的疏松纳滤膜对重金属有较高截留率达到纳滤水平，此外复合膜具有优异的渗透性能，证明了此种方法是可行的一种用于去除重金属的疏松纳滤膜制备方法。
本申请的有益效果如下：
1、实现一步交联法即可制备出具有去除重金属性能的疏松纳滤复合膜；
2、方法简单，膜性能优异，成本低廉；同时，由于SMA与基体间通过共混增强了分离层与支撑层间的结合能力，制备得到的疏松纳滤膜具有水通量高，结合力强的效果；
3、在以饮用水为目的的水处理过程中具有良好发展前景。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
此外，需要指出的是，本申请实施方式中的方法和制备方法的范围不限按示出或讨论的顺序来执行功能，还可包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能，例如，可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法，并且还可以添加、省去、或组合各种步骤。另外，参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。
上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。
Claims (9)
1.一种用于去除重金属的疏松纳滤膜制备方法，其特征在于，包括：
步骤S1：将氧化石墨烯加入到木质素四氢呋喃溶液中，得到木质素氧化石墨烯复合纳米球；
步骤S2：将苯乙烯马来酸酐、添加剂和聚合物膜材料在有机溶剂中共混成为均相铸膜液；
步骤S3：利用相转化法将均相铸膜液制备成表面酸酐化超滤基膜；
步骤S4：将木质素氧化石墨烯复合纳米球分散在聚乙烯亚胺水溶液中，得到混合溶液；
步骤S5：将表面酸酐化超滤基膜与混合溶液进行交联反应，得到疏松纳滤膜。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，添加剂为聚乙二醇或聚乙烯吡咯烷酮中的一种或两种的混合物。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，有机溶剂为N,N-二甲基乙酰胺或N,N-二甲基甲酰胺。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，苯乙烯马来酸酐为酸酐含量达10％以上的聚合物。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，苯乙烯马来酸酐、添加剂、聚合物膜材料以及有机溶剂的质量百分数分别为17-25％、1-8％、3-10％以及68-85％。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S4中，木质素氧化石墨烯复合纳米球的质量分数为0.2-5g/L。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在步骤S4中，聚乙烯亚胺的质量分数为0.5-10g/L。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，超滤基膜放置在去离子水中保存。
9.一种用于去除重金属的疏松纳滤膜，其特征在于，由权利要求1-8任意一项所述的制备方法制备而成。
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