一种重金属离子吸附膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种重金属离子吸附膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1、3‑氟肉硅酸改性二氨基杯芳烃衍生物的制备；步骤S2、基于带羧基金属有机框架的乙烯基β‑环糊精季铵盐的制备；步骤S3、重金属离子吸附膜的成型。本发明专利技术还提供了一种根据所述一种重金属离子吸附膜的制备方法制备得到的重金属离子吸附膜。本发明专利技术提供的重金属离子吸附膜对重金属离子吸附效果好、机械力学性能、抗腐蚀性和耐污染性能佳，性能稳定性好，使用寿命长，回收分离方便。

【技术实现步骤摘要】
一种重金属离子吸附膜及其制备方法
本专利技术涉及功能膜材料
，尤其涉及一种重金属离子吸附膜及其制备方法。
技术介绍
近年来，随着矿冶、机械制造、化工、电子、仪表等工业中生产活动的增加，重金属废水（如镉、铅、铜、汞等）的排放也越来越多。废水中重金属污染已成为当前最严峻的环境问题之一。重金属是工业废水中常见的一种污染物，这类物质通常以重金属离子及其化合物的形式存在于废水中，其在环境中难以降解，能在动物和植物体内积累，通过食物链逐步富集，进入人体后对肾脏、肝脏、大脑、神经、视力等造成较大损伤，它们制约着经济的发展和社会的进步，成为了阻碍社会发展的一大屏障。目前重金属废水处理最常用的方法有化学沉淀法、电化学法、离子交换法、吸附法等。化学沉淀法虽然能处理重金属废水，但其高额的成本以及二次污染使其很难大面积应用；电化学法单位槽体处理量小，电流效率低，而且能耗太高，性价比太低；离子交换法虽然去除效果较好，但成本太高，所以其只适合于贵金属，不太适合处理重金属废水。吸附法操作简单，重金属处理效果较好，但普遍存在吸附容量小，或反复使用次数少，或选择性较差，或成本高的缺陷。膜分离法作为一种常见的重金属废水处理方法近年来得到了广泛使用，其具有成本低、回收分离容易，处理效率高的优点，然而，现有技术中的重金属离子吸附膜还或多或少存在着对重金属离子的吸附效果有限，膜成本高、强度和耐腐蚀性差、膜污染严重，机械力学性能和性能稳定性有待进一步提高的缺陷。申请号为201810157014.2的中国专利技术专利公开了一种重金属离子吸附膜、制备方法及处理重金属离子废水的方法。其主要技术特征为：该重金属离子吸附膜包括有下列重量份的材料：多孔碳材料83-98份；导电碳0.5-7份；乳液状聚四氟乙烯2-10份。乳液状聚四氟乙烯呈空间网络状将多孔碳材料和导电碳紧紧地包裹起来，多孔碳材料和导电碳不会掉落，提高了碳膜的使用寿命，多孔碳材料的含量大，整个吸附膜的吸附能力大大提高，而且乳液状聚四氟乙烯本身具备极优的化学惰性和耐温性。在处理废水时，在相对的两个重金属离子吸附膜之间形成电场，加速了重金属离子移动速度，不会产生其他废物，而且结构简单，节能效果好。然而，这种吸附膜材料由于多孔碳、导电碳和聚四氟乙烯之间的相容性不好，长期使用的性能稳定性不佳，且聚四氟乙烯乳液价格较贵，使得这种膜材料的应用受限。因此，开发一种对重金属离子吸附效果好、机械力学性能、抗腐蚀性和耐污染性能佳，性能稳定性好，使用寿命长，回收分离方便的重金属离子吸附膜符合市场需求，具有广泛的市场价值和应用前景，对促进膜分离技术的发展具有非常重要的作用。
技术实现思路
本专利技术目的是为了克服现有技术的不足而提供一种重金属离子吸附膜及其制备方法，该制备方法简单易行，制备原料易得，价格低廉，制备效率高，适合连续规模化生产；通过这种制备方法制备得到的重金属离子吸附膜对重金属离子吸附效果好、机械力学性能、抗腐蚀性和耐污染性能佳，性能稳定性好，使用寿命长，回收分离方便。为达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案是，一种重金属离子吸附膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1、3-氟肉硅酸改性二氨基杯芳烃衍生物的制备：将3-氟肉硅酸、二氨基杯芳烃衍生物加入到有机溶剂中混合均匀后，接着向其中加入2-乙氧基-1-乙氧碳酰基-1,2-二氢喹啉，在45-55℃，在惰性气体氛围下搅拌反应6-9小时，后旋蒸除去溶剂和副产物，得到3-氟肉硅酸改性二氨基杯芳烃衍生物；步骤S2、基于带羧基金属有机框架的乙烯基β-环糊精季铵盐的制备：将乙烯基β-环糊精季铵盐、带羧基金属的有机框架加入到六氟异丙醇中，在30-50℃下搅拌反应3-5小时，后旋蒸除去六氟异丙醇，得到基于带羧基金属有机框架的乙烯基β-环糊精季铵盐；步骤S3、重金属离子吸附膜的成型：将经过步骤S1制成的3-氟肉硅酸改性二氨基杯芳烃衍生物、经过步骤S2制成的基于带羧基金属有机框架的乙烯基β-环糊精季铵盐、衣康酸、苯乙烯和乳化剂混合均匀，超声15-25分钟，然后置于模具中，在在氮气氛围下的辐射场内，采用钴60-γ辐射法辐射，辐照时间40-50分钟，发生聚合反应，得到重金属离子吸附膜。优选的，步骤S1中所述3-氟肉硅酸、二氨基杯芳烃衍生物、有机溶剂、2-乙氧基-1-乙氧碳酰基-1,2-二氢喹啉的摩尔比为2:1:(10-20):(1-2)。优选的，所述二氨基杯芳烃衍生物的结构式参见申请号为201310015856.1的中国专利技术专利。优选的，所述有机溶剂为丙酮、乙腈、二氯甲烷、三氯甲烷中的任意一种。优选的，所述惰性气体为氮气、氦气、氖气、氩气中的任意一种。优选的，步骤S2中所述乙烯基β-环糊精季铵盐、带羧基的金属有机框架、六氟异丙醇的质量比为1:(0.3-0.5):(4-8)。优选的，所述乙烯基β-环糊精季铵盐的制备方法参见申请号为201610596491.X的中国专利技术专利实施例1；所述带羧基的金属有机框架的制备方法参见申请号为201810731784.3的中国专利技术专利实施例1。优选的，步骤S3中所述3-氟肉硅酸改性二氨基杯芳烃衍生物、经过步骤S2制成的基于带羧基金属有机框架的乙烯基β-环糊精季铵盐、衣康酸、苯乙烯、乳化剂的质量比为1:1:(2-3):5:(0.2-0.4)。优选的，所述乳化剂为十二烷基苯磺酸钠、聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚、壬基酚聚氧乙烯醚中的至少一种。优选的，所述辐射的辐射剂量为3-8万居里。本专利技术的另一个目的，在于提供一种根据所述重金属离子吸附膜的制备方法制备得到的重金属离子吸附膜。由于上述技术方案运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：（1）本专利技术提供的一种重金属离子吸附膜的制备方法，该制备方法简单易行，制备原料易得，价格低廉，制备效率高，适合连续规模化生产。（2）本专利技术提供的一种重金属离子吸附膜，克服了现有技术中的重金属离子吸附膜还或多或少存在着的对重金属离子的吸附效果有限，膜成本高、强度和耐腐蚀性差、膜污染严重，机械力学性能和性能稳定性有待进一步提高的缺陷，通过各组成结构的协同的作用，使得制成的重金属离子吸附膜对重金属离子吸附效果好、机械力学性能、抗腐蚀性和耐污染性能佳，性能稳定性好，使用寿命长，回收分离方便。（3）本专利技术提供的一种重金属离子吸附膜，3-氟肉硅酸改性二氨基杯芳烃衍生物的引入，首先，引入了氟苯基团，使得膜综合性能佳，耐腐蚀耐候性优异，通过改性还引入了双乙烯基结构，使得膜成型过程中，起到交联剂的作用，形成三维网络结构，有效改善膜的综合性能；杯芳烃结构的引入，由于其特有的空腔结构，使得其能有效改善吸附效果，通过主客体相互作用对废水中污染物进行吸附。（4）本专利技术提供的一种重金属离子吸附膜，基于带羧基金属有机框架的乙烯基β-环糊精季铵盐，引入较多的活性羟基、羧基，与环糊精和金属有机框架空腔结构协同作用，具有较高的比表面积和活性位点，增强了其立体选择性和分子识别能力，有效改善对重金属离子的吸附效果。（5）本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种重金属离子吸附膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤S1、3-氟肉硅酸改性二氨基杯芳烃衍生物的制备：将3-氟肉硅酸、二氨基杯芳烃衍生物加入到有机溶剂中混合均匀后，接着向其中加入2-乙氧基-1-乙氧碳酰基-1,2-二氢喹啉，在45-55℃，在惰性气体氛围下搅拌反应6-9小时，后旋蒸除去溶剂和副产物，得到3-氟肉硅酸改性二氨基杯芳烃衍生物；/n步骤S2、基于带羧基金属有机框架的乙烯基β-环糊精季铵盐的制备：将乙烯基β-环糊精季铵盐、带羧基金属的有机框架加入到六氟异丙醇中，在30-50℃下搅拌反应3-5小时，后旋蒸除去六氟异丙醇，得到基于带羧基金属有机框架的乙烯基β-环糊精季铵盐；/n步骤S3、重金属离子吸附膜的成型：将经过步骤S1制成的3-氟肉硅酸改性二氨基杯芳烃衍生物、经过步骤S2制成的基于带羧基金属有机框架的乙烯基β-环糊精季铵盐、衣康酸、苯乙烯和乳化剂混合均匀，超声15-25分钟，然后置于模具中，在在氮气氛围下的辐射场内，采用钴60-γ辐射法辐射，辐照时间40-50分钟，发生聚合反应，得到重金属离子吸附膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种重金属离子吸附膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、3-氟肉硅酸改性二氨基杯芳烃衍生物的制备：将3-氟肉硅酸、二氨基杯芳烃衍生物加入到有机溶剂中混合均匀后，接着向其中加入2-乙氧基-1-乙氧碳酰基-1,2-二氢喹啉，在45-55℃，在惰性气体氛围下搅拌反应6-9小时，后旋蒸除去溶剂和副产物，得到3-氟肉硅酸改性二氨基杯芳烃衍生物；
步骤S2、基于带羧基金属有机框架的乙烯基β-环糊精季铵盐的制备：将乙烯基β-环糊精季铵盐、带羧基金属的有机框架加入到六氟异丙醇中，在30-50℃下搅拌反应3-5小时，后旋蒸除去六氟异丙醇，得到基于带羧基金属有机框架的乙烯基β-环糊精季铵盐；
步骤S3、重金属离子吸附膜的成型：将经过步骤S1制成的3-氟肉硅酸改性二氨基杯芳烃衍生物、经过步骤S2制成的基于带羧基金属有机框架的乙烯基β-环糊精季铵盐、衣康酸、苯乙烯和乳化剂混合均匀，超声15-25分钟，然后置于模具中，在在氮气氛围下的辐射场内，采用钴60-γ辐射法辐射，辐照时间40-50分钟，发生聚合反应，得到重金属离子吸附膜。


2.根据权利要求1所述的一种重金属离子吸附膜的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述3-氟肉硅酸、二氨基杯芳烃衍生物、有机溶剂、2-乙氧基-1-乙氧碳酰基-1,2-二氢喹啉的摩尔比为2:1:(10-20):(1-2)。

【专利技术属性】
技术研发人员：王佩，
申请(专利权)人：王佩，
类型：发明
国别省市：安徽;34