一种油水分离与重金属离子吸附的气凝胶膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种油水分离与重金属离子吸附的气凝胶膜的制备方法，包括：(1)将海藻酸盐溶液加入羧基活化剂活化，再分别加入修饰剂、连接剂，搅拌得到改性溶胶；(2)将步骤(1)中得到的改性溶胶喷涂在冷冻的交联剂溶液冰面上，得到固体膜状溶胶；(3)将步骤(2)中得到固体膜状溶胶浸入交联剂溶液中，浸泡得到凝胶膜；(4)将步骤(3)得到的凝胶膜真空冷冻干燥，得到油水分离与重金属离子吸附的气凝胶膜。本发明专利技术还提供了一种由上述制备方法制备得到的油水分离与重金属离子吸附的气凝胶膜及其在含油污水和含重金属离子污水分离领域的应用。本发明专利技术制备方法原料价格低、可实现规模化制备，油水分离效率达99％以上。油水分离效率达99％以上。油水分离效率达99％以上。

An aerogel gel membrane for oil-water separation and heavy metal ion adsorption and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种油水分离与重金属离子吸附的气凝胶膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种污水分离材料，具体涉及一种油水分离与重金属离子吸附的气凝胶膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]印刷、纺织、食品加工、皮革、石油化工等行业的发展大大改善了我们的生活，同时也对环境水体及地下水造成了污染。例如，含油废水是一类普遍的污染物，它的排放会对生态环境造成严重的破坏，严重威胁人们的身体健康。传统的油污处理技术包括撇油器、固化剂、分散剂、生物修复、电化学法和就地焚烧等方法，这些方法存在如下问题：工艺复杂、耗能高、效率低且容易造成二次污染等缺陷。因此，开发绿色环保、简单高效的油水分离材料及相应技术显得尤为重要。膜过滤因其高效分离、操作简单的优点，被认为是最具优势的油水分离处理技术。
[0003]在大量的工业废水中，油污并不是唯一的污染物，还可能含有大量的重金属离子，重金属由于不可生物降解，很容易在环境中积累，对环境造成严重污染。同时，重金属离子可以通过食物链进入人体，从而导致不同类型的疾病。解决水体中的重金属污染最有效的方法之一是吸附法，其关键技术在于吸附剂。油污染与重金属离子污染在某些行业中同时存在。因此，开发出一种既能油水分离、又能吸附重金属离子的材料极具应用前景和重要的现实意义。
[0004]公开号为CN106552519A的专利申请公开了一种超亲水及水下超疏油碳酸钙杂化膜的制备方法和应用，该方法包括如下步骤：
[0005](1)将钙离子溶液加入到海藻酸盐溶液中制备得到海藻酸钙凝胶，对所得凝胶进行搅拌处理形成絮凝沉淀；
[0006](2)于搅拌下，向步骤(1)所得物中加入碳酸盐溶液，得到碳酸钙
‑
海藻酸钙杂化颗粒；
[0007](3)对步骤(2)所得物进行抽滤，干燥，得到超亲水及水下超疏油碳酸钙杂化膜。该方法制备得到的膜，具有超亲水性及水下超疏油特性，能够实现多种油类的油水分层混合液及油水乳液的分离，但是没有对污水中重金属离子的吸附进行研究。
[0008]公开号为CN104815608A的专利申请公开了一种基于氧化石墨烯纳米带多孔油水分离材料的制备方法，所述方法步骤如下：
[0009](1)氧化法切割功能化氧化石墨烯纳米带；
[0010](2)通过真空抽滤方法制备氧化石墨烯纳米带多孔薄膜。
[0011]该制备方法制备得到的氧化石墨烯纳米带多孔薄膜，具有良好的超亲水、水下超疏油、低黏附性质，同时对重金属具有良好的吸附作用，但是该制备方法中用到了大量的盐酸与硫酸，对环境不友好，且制备步骤繁杂，原料成本高，不适合大规模应用。

技术实现思路

[0012]本专利技术提供一种油水分离与重金属离子吸附的气凝胶膜的制备方法，该方法制备的油水分离与重金属离子吸附的气凝胶膜可以兼顾油水分离和重金属离子吸附，同时解决两类污水处理的问题。
[0013]一种油水分离与重金属离子吸附的气凝胶膜的制备方法，包括：
[0014](1)将海藻酸盐溶液加入羧基活化剂活化，再分别加入修饰剂、连接剂，搅拌得到改性溶胶；
[0015](2)将步骤(1)中得到的改性溶胶喷涂在冷冻的交联剂溶液冰面上，得到固体膜状溶胶；
[0016](3)将步骤(2)中得到固体膜状溶胶浸入交联剂溶液中，浸泡得到凝胶膜；
[0017](4)将步骤(3)得到的凝胶膜真空冷冻干燥，得到油水分离与重金属离子吸附的气凝胶膜。
[0018]步骤(1)中，所述的海藻酸盐为海藻酸钠、海藻酸钾、海藻酸铵中的一种或两种以上混合物。
[0019]作为优选，所述的海藻酸盐溶液的浓度为0.5～3wt.％。在此浓度下，溶胶的流动性与成膜后韧性较好。
[0020]作为优选，所述的海藻酸盐、羧基活化剂、修饰剂、连接剂的质量比为0.5～2：0.1～2：0.2～2：1。
[0021]所述的羧基活化剂为1
‑
(3
‑
二甲氨基丙基)
‑3‑
乙基碳二亚胺盐酸盐、N
‑
羟基琥珀酰亚胺中的一种或两者混合物。
[0022]所述的修饰剂为单宁酸、柠檬酸、4
‑
巯基苯甲酸、二巯基丁二酸和乙二胺四乙酸二钠中的一种或多种，作为优选，所述的修饰剂为柠檬酸、乙二胺四乙酸二钠或两者混合物。
[0023]所述的连接剂为乙二胺。
[0024]所述的活化时间为0.5～5h。
[0025]所述的搅拌时间为1～10h，作为优选，所述的搅拌时间为2～5h。
[0026]步骤(2)中，作为优选，所述的喷涂次数为10～80次，进一步优选，所述的喷涂次数为10～60次。在此喷涂次数范围内成膜后膜厚度适中，交联程度最好。
[0027]所述的交联剂溶液中交联剂为硫酸铜、硫酸铁、氯化镁、氯化铜、氯化钡、氯化钙中的一种或两种以上的混合物，作为优选，所述的交联剂溶液中交联剂为氯化铜、氯化钡、氯化钙的一种或两种以上的混合物。
[0028]所述的冷冻的交联剂溶液温度为
‑
10℃以下，使改性溶胶成固态结构。
[0029]步骤(3)中，所述的交联剂溶液中的交联剂为硫酸铜、硫酸铁、氯化镁、氯化铜、氯化钡、氯化钙中的一种或两种以上的混合物，作为优选，所述的交联剂溶液中的交联剂为氯化铜、氯化钡、氯化钙中的一种或两种以上的混合物。
[0030]步骤(2)或步骤(3)中，所述的交联剂溶液的浓度为0.1～10wt.％，作为优选，所述的交联剂溶液的浓度为0.5～5wt.％。在此交联剂质量浓度范围中，交联充分均匀，制备的膜缺陷少，质量高。
[0031]作为优选，所述的交联剂溶液的温度为0～5℃。低温交联可以防止交联过快导致交联不均匀，褶皱等缺陷的产生。
[0032]步骤(4)中，所述的真空冷冻干燥温度为
‑
60℃～
‑
90℃，干燥时间为20
‑
24h。
[0033]本专利技术的制备方法以海藻酸盐和柠檬酸或乙二胺四乙酸二钠为主要原料，在海藻酸盐溶液中加入羧基活化剂，活化海藻酸盐中的羧酸基团，再加入乙二胺作为连接剂，将海藻酸盐与柠檬酸或乙二胺四乙酸二钠连接在一起，随后在交联剂溶液的冰面形成固体膜状溶胶，再通过交联剂溶液交联成膜，冷冻干燥后获得无基体的改性海藻酸盐气凝胶膜，即油水分离与重金属离子吸附的气凝胶膜。
[0034]将液态溶胶均匀地喷涂在冷冻的交联剂冰面上，在低温的作用下形成固态溶胶，将得到的固态溶胶浸泡在低温的交联剂溶液中，固态溶胶的上表面在交联剂金属离子的作用下缓慢均匀交联，固态溶胶下表面在相同种类的交联剂冰面融化释放出的金属离子作用下同步交联，冰面完全融化后，就得到了均匀交联的油水分离与重金属离子吸附的气凝胶膜。
[0035]本专利技术还提供一种由上述制备方法制备得到的油水分离与重金属离子吸附的气凝胶膜。
[0036]该油水分离与重金属离子吸附的气凝胶膜具有较大的比表面积，较高的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种油水分离与重金属离子吸附的气凝胶膜的制备方法，包括：(1)将海藻酸盐溶液加入羧基活化剂活化，再分别加入修饰剂、连接剂，搅拌得到改性溶胶；(2)将步骤(1)中得到的改性溶胶喷涂在冷冻的交联剂溶液冰面上，得到固体膜状溶胶；(3)将步骤(2)中得到固体膜状溶胶浸入交联剂溶液中，浸泡得到凝胶膜；(4)将步骤(3)得到的凝胶膜真空冷冻干燥，得到油水分离与重金属离子吸附的气凝胶膜。2.根据权利要求1所述的油水分离与重金属离子吸附的气凝胶膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的海藻酸盐、羧基活化剂、修饰剂、连接剂的质量比为0.5～3：0.1～2：0.1～3：1。3.根据权利要求1所述的油水分离与重金属离子吸附的气凝胶膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的搅拌时间为1～10h。4.根据权利要求1所述的油水分离与重金属离子吸附的气凝胶膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的喷涂次数为10～80次。5.根据权利要求1所述的油水分离与重金属离子吸附的气凝胶膜的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：张玉杰，张浩，吴爱国，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所慈溪生物医学工程研究所，
类型：发明
国别省市：