一种过滤重金属离子的分离膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种过滤重金属离子的分离膜，所述分离膜是由无纺布层、涂覆于无纺布上的多孔支撑层和多孔支撑层表面的海藻酸钠层构成，所述多孔支撑层是由醋酸纤维素、致孔剂和溶剂混合形成的膜层。本方法制备而成的分离膜，对水溶液中的重金属离子(如Cd(II)，Cu(II)，Fe(III))有良好的截留作用，可应用于化工行业废水处理。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种过滤重金属离子的分离膜，所述分离膜是由无纺布层、涂覆于无纺布上的多孔支撑层和多孔支撑层表面的海藻酸钠层构成，所述多孔支撑层是由醋酸纤维素、致孔剂和溶剂混合形成的膜层。本方法制备而成的分离膜，对水溶液中的重金属离子(如Cd(II)，Cu(II)，Fe(III))有良好的截留作用，可应用于化工行业废水处理。【专利说明】
本专利技术涉及，属于水处理
。
技术介绍
重金属元素广泛应用于电池、电镀、染料、光电组件以及原子反应炉中。但绝大多数重金属，如镉、铅、砷，对人类的健康有极大的危害，被列为可致癌物。已有研究证明，长期饮用受镉污染的水源以及食用含镉的稻米，会造成肾损害，进而导致骨软化症中国环境保护部环境统计年报公布，2010年全国废水排放中，镉的总量为30.1吨，铅的总量为140.8吨、砷的总量为118.1吨。2012年I月份广西的镉污染事件，威胁了 144万人的饮用水安全。为了保护水源，研发针对重金属离子的先进治理技术尤为紧迫。含重金属离子的废水处理技术一般有化学沉淀法、絮凝-浮选法、膜分离法以及电渗析、电沉积等方法。化学沉淀方法不仅需要大量的沉淀剂，还必须对产生的废浆作进一步处理；絮凝-浮选法操作费用较高；而电化学方法能耗较大。相对于其它方法而言，膜分离方法能处理含较高离子浓度的废水，且其所需成本较小、效率较高；此外，膜分离法得到的浓缩废液，可用于回收重金属，能诱使排污企业因经济利益而主动治理废水。膜分离法中最重要的组件就是分离膜。然而，目前较常用的商业膜，大多是以海水淡化或盐碱水淡化为目的，其分离目标主要是钠离子。目前，还未有针对水溶液中重金属离子的分离膜的相关报道。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供，对重金属离子的水溶液，具有高的水通量和高的离子截留率，该材料同时具备较好的耐酸和耐氯性能。本专利技术为解决上述提出的问题所采用的技术方案为:—种过滤重金属离子的分离膜，所述分离膜是由无纺布层、涂覆于无纺布上的多孔支撑层和多孔支撑层表面的海藻酸钠层构成，所述多孔支撑层是由醋酸纤维素、致孔剂和溶剂混合形成的膜层。按上述方案，所述多孔支撑层按重量百分比计，其各组分原料的配比为醋酸纤维素10?39%，致孔剂I?30%，溶剂60?89%。按上述方案，所述醋酸纤维素的乙酰基含量为37%?40%。按上述方案，所述致孔剂为聚乙二醇、聚乙烯醇、乙二醇、甘油、甲醇、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种按任意比例的混合物。按上述方案，所述溶剂为环丁砜、丙酮、N-甲基吡咯烷酮的一种或几种按任意比例的混合物。按上述方案，所述分离膜可制为平板、管式等不同形态的复合膜。上述过滤水溶液中重金属离子的分离膜的制备方法，它包括以下步骤:(I)铸膜液的配制:按多孔支撑层配比将醋酸纤维素、致孔剂与溶剂混合，充分均匀溶解后，真空脱泡处理得到铸膜液；(2)多孔支撑层制备:将铸膜液涂覆于无纺布上，涂覆厚度为100?300 μ m，经溶胶-凝胶相转化成型，然后浸入水中，取出后室温晾干，即得到涂覆于无纺布/多孔支撑层的基体层；(3)海藻酸钠层制备:配置0.1wt %?Iwt %海藻酸钠水溶液，将海藻酸钠溶液涂覆于步骤2)所得多孔支撑层的表面，干燥后海藻酸钠层附着在多孔支撑层上，得到无纺布/多孔支撑层/海藻酸钠复合膜；(4)将所述无纺布/多孔支撑层/海藻酸钠复合膜浸入HCl溶液使海藻酸钠经离子交换转变为海藻酸，得到结构为无纺布/多孔支撑层/海藻酸的分离膜，即过滤重金属离子的分离膜；按上述方案，所述步骤(I)中充分均匀溶解的条件是在温度20?75°C下搅拌4?48小时。按上述方案，所述步骤(I)中真空脱泡处理的条件是在温度25?75°C下真空中脱泡I?30小时。按上述方案，所述步骤(2)中溶胶-凝胶相转化成型的条件是在温度10?40°C的空气中停留30?180秒进行表面蒸发后，浸入水中凝胶固化成膜，此时水的温度为10?60。。。按上述方案，所述步骤(2)中浸入水中分两个阶段进行，第一阶段是多次浸入10?60°C水中除去残余溶剂和添加剂，每次浸入时间优选10分钟；第二阶段是在10?60°C的水中浸溃5?24小时，使分离膜中的致孔剂和溶剂同水进行充分交换，以得到所需的微观形态。按上述方案，所述步骤3)中的干燥温度为30?70°C，干燥的目的是使涂覆于所述多孔支撑层表面的海藻酸钠水溶液中的溶剂水蒸发。按上述方案，所述步骤4)中浸入HCl溶液时间为12?48小时，HCl溶液为0.5?2mol/L。本专利技术主要是以海藻酸作为分离膜的功能层，利用海藻酸分子链中含有大量的羧基和羟基，与水溶液中的金属离子有较强的络合能力，形成稳定的螯合物，然后利用电荷排斥效应，令金属离子无法通过薄膜渗透，从而达到截留作用。与现有技术相比，本专利技术所制得的分离膜，因其主要是利用电荷排斥作用对水溶液中的金属离子进行分离，故其对二价或三价金属离子的截留效果较好。同时，由于分离膜的多孔支撑层采用醋酸纤维素材料，故所得到的分离膜具备较好的耐酸和耐氯性能。【具体实施方式】为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术不仅仅局限于下面的实施例。本专利技术由国家自然科学基金11205118资助。实施例1一种过滤重金属离子的分离膜，所述分离膜是由无纺布层、涂覆于无纺布上的多孔支撑层和多孔支撑层表面的海藻酸钠层构成；所述多孔支撑层是由醋酸纤维素、致孔剂和溶剂混合形成的膜层，按重量百分比计，其各组分原料的配比为醋酸纤维素10%，聚乙烯吡咯烷酮2%，溶剂丙酮88%。上述过滤水溶液中重金属离子的分离膜的制备方法，它包括以下步骤:(I)铸膜液的配制:称取醋酸纤维素50g，聚乙烯吡咯烷酮10g，丙酮440g，混合配制成500g溶液，在70°C下搅拌10小时，充分均匀溶解后，在25°C条件下真空中脱泡I小时后，得到铸膜液；(2)多孔支撑层制备:利用刮刀将铸膜液均匀涂覆于无纺布上，涂覆厚度为150 μ m(即初生支撑液膜厚度为150 μ m)，并在室温下空气中蒸发30秒后，浸入20°C纯水中凝胶固化成膜；再浸入20°C纯水中三次以除去残余溶剂，每次10分钟；接着在20°C纯水中浸溃5小时后室温晾干，即得到覆盖于无纺布上/多孔支撑层的基体层；(3)海藻酸钠层制备:配置0.lwt%海藻酸钠水溶液，利用刮刀将海藻酸钠溶液涂覆于步骤2)所得多孔支撑层的表面，并在60 V下干燥使挥发溶剂水后，海藻酸钠层附着在多孔支撑层上，得到无纺布/多孔支撑层/海藻酸钠的复合膜；(4)将所述无纺布/多孔支撑层/海藻酸钠的复合膜浸入lmol/L的HCl溶液24小时，得到结构为无纺布/多孔支撑层/海藻酸的分离膜，即过滤重金属离子的分离膜。本实施例所制得的分离膜在以下条件测试:在温度20?30°C、pH值3?7、操作压力I?6MPa的条件下，对IOOppm的CdCl2水溶液截留率为60?85%，水通量100?380L/(m2h);对IOOppm的CuCl2水溶液的截留率为70?90%，水通量为100?420L/ (m2h);对IOOppm的FeCl3水溶液的截留率为60?80%，水通量为500?970L/(m2h)。实施例2一种过滤重金属离子的分离膜，所述分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种过滤重金属离子的分离膜，其特征在于所述分离膜是由无纺布层、涂覆于无纺布上的多孔支撑层和多孔支撑层表面的海藻酸钠层构成，所述多孔支撑层是由醋酸纤维素、致孔剂和溶剂混合而成溶液层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈喆，王志，付秋明，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42