一种用于胞外聚合物浓缩回收的静电纺丝纳米纤维膜的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于胞外聚合物浓缩回收的静电纺丝纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：S1、称取一定量的聚偏氟乙烯粉末于烘箱中干燥，将烘干后的聚偏氟乙烯粉末和二甲基乙酰胺以及丙酮进行混合形成有机溶剂；S2、将有机溶剂置于水浴恒温加热锅中进行加热并搅拌，得到聚偏氟乙烯纺丝液；S3、开启静电纺丝机，通过静电纺丝机制备静电纺丝纳米纤维膜；S4、去除所述静电纺丝纳米纤维膜中残留的有机溶剂；S5、配制胞外聚合物水溶液；S6、以静电纺丝纳米纤维膜为过滤基底，以不同浓度的胞外聚合物水溶液于室温下恒压进行过滤，用于对胞外聚合物进行浓缩回收的同时，还可对重金属离子进行去除。除。除。

【技术实现步骤摘要】
一种用于胞外聚合物浓缩回收的静电纺丝纳米纤维膜的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种用于胞外聚合物浓缩回收的静电纺丝纳米纤维膜的制备方法。

技术介绍

[0002]污水资源化已成为污水处理厂的必然趋势，剩余污泥同样不再作为废物，而是资源载体。其中，污泥胞外聚合物(Extracellular polymeric substance,EPS)占污泥干重的10～40％，可作为重金属吸附剂、防火材料、土壤改良剂、生物絮凝剂等，极具回收价值。同时，脱去EPS后剩余污泥的浓缩脱水性能增强，为污泥减量、焚烧等后续处理减负。然而，回收过程中EPS溶液含水率接近100％，通过加热、冷冻干燥等方式浓缩不仅能耗高，甚至会破坏EPS分子内部结构，故高效浓缩脱水是亟待解决的瓶颈。
[0003]膜分离技术在聚合物的分离与回收方面具有巨大的应用前景，然而，传统膜制备方法形成的狭窄膜孔道，既是支撑其对物质截留与吸附的核心机制，也是阻碍其发展的技术壁垒。传统的过滤膜由于横向膜面上的规则空隙排布以及纵向上贯穿膜厚度的孔径分布，使其存在抗污染性能差、膜通量难恢复等固有局限性。通常，应对膜污染需要经过复杂的物理化学清洗，而化学清洗则需要大量的化学药剂，不仅会产生二次污染也无疑产生了高昂的成本。
[0004]另一方面，越来越多的重金属通过污水排放、大气沉积、雨水侵蚀等方式等进入自然水环境中，由于其固有毒性、持久性、生物累积性以及难降解等特性，浓度正逐年上升。重金属离子一旦积累聚集，即使在低浓度下也会对生物产生毒害作用。此外还可能通过食物链进入人体，扰乱人类正常的生理活动，引发疾病甚至死亡。重金属已对生态环境及人类健康造成巨大威胁，成为世界最严重的环境污染之一。由于重金属无法通过生物代谢而降解，故往往需要外加试剂对其去除，吸附剂由于操作简单、无二次污染而在重金属污染方面备受青睐。对于传统重金属吸附剂而言，颗粒状、纳米粉体等吸附剂因低成本、低能耗而被广泛应用。然而，吸附剂通常难以分离回收，依然需要进一步处理以防止重金属脱附、外渗，造成二次污染。吸附剂回收后多以惰性材料(如水泥、玻璃、沥青)密封固化为终端处理。对于含重金属的大量废液，吸附剂难以高效回收，且往往对固化材料造成无效增容。
[0005]研究发现EPS主要成分物质多糖、蛋白质分子链上蕴含大量的胺基和羟基，能够通过螯合作用吸附金属离子，同时协同范德华力、络合作用、静电相互作用、离子交换作用、表面沉积作用等共同吸附去除重金属，是一种新兴的生物性重金属吸附剂。课题组通过膜过滤浓缩回收EPS后，原位利用，过滤去除废水中重金属离子，开发了将EPS浓缩回收过程与重金属离子去除过程耦合于同一膜过滤的工艺(见专利技术专利ZL201811549284.4)。简言之，通过两级过滤实现EPS的浓缩回收与含重金属离子废水的处理。然而，采用现有商业膜进行的两级膜过滤，存在水通量小、膜污染大等缺点，亟需开发适用于EPS浓缩回收的新型高通量膜。
[0006]静电纺丝纳米纤维膜(Electrospinning nanofiber membrane，ENM)是由静电纺
丝技术凭借高压静电作用将带电聚合物纺丝液拉伸成泰勒锥，以相反或零极性接收器吸引带电射流，并承载固化形成的交叠排布的纳米纤维。ENM膜具有三维贯通的膜通道结构，可极大地降低膜阻抗，实现高水通量，同时缓解膜污染问题。基于此，本专利开发应用于EPS高效浓缩回收的新型静电纺纳米纤维膜。

技术实现思路

[0007]鉴于现有技术中存在的上述问题，本专利技术的主要目的在于提供一种用于胞外聚合物浓缩回收的静电纺丝纳米纤维膜的制备方法。
[0008]本专利技术的技术方案是这样的：
[0009]一种用于胞外聚合物浓缩回收的静电纺丝纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
[0010]S1、称取一定量的聚偏氟乙烯粉末于30～70℃的烘箱中干燥1～3h，以去除多余水分，将烘干后的聚偏氟乙烯粉末和二甲基乙酰胺以及丙酮进行混合形成有机溶剂，其中，所述聚偏氟乙烯粉末在所述有机溶剂中的质量百分比为10～25wt％；
[0011]S2、将所述有机溶剂置于水浴恒温加热锅中进行加热并搅拌，其中，加热温度和搅拌速度分别为50～70℃和250～750rpm，搅拌时间为3～5h，至聚偏氟乙烯粉末完全溶解且溶液透明澄清，得到均质聚偏氟乙烯纺丝液；
[0012]S3、开启静电纺丝机，将所述静电纺丝机进行预热，所述预热时间为20～40min，设置实验温度24℃和实验湿度40％，将制备得到的聚偏氟乙烯纺丝液抽入注射器内，然后将所述注射器固定在所述静电纺丝机的给液装置上，选择相应的注射针头进行注射，通过所述静电纺丝机制备静电纺丝纳米纤维膜；
[0013]S4、分别采用水浴法和加热法去除所述静电纺丝纳米纤维膜中残留的有机溶剂，然后采用超纯水对去除残留的有机溶剂后的静电纺丝纳米纤维膜进行过滤以获得稳定的膜通量，再以恒定压力进行定量超纯水过滤实验以测试膜阻抗；
[0014]S5、以超纯水为溶剂，室温下配制一定浓度的胞外聚合物水溶液，设定搅拌时间及搅拌转速，以20kPa的恒定压力进行胞外聚合物水溶液的过滤，计算过滤膜通量，同时以差值称重法测试对胞外聚合物的回收效率；
[0015]S6、称取一定量的胞外聚合物，溶于超纯水中以配制成胞外聚合物水溶液；分别将铅、铜、铬的重金属离子标准溶液以超纯水按相应的倍数稀释，得到10μM的重金属离子溶液；然后以静电纺丝纳米纤维膜为过滤基底，依次对胞外聚合物水溶液和重金属离子溶液于室温下恒压进行过滤，用于对胞外聚合物进行浓缩回收的同时，还可对重金属离子进行去除，以达到重金属回收的目的。
[0016]步骤S1中，称取一定量的聚偏氟乙烯粉末于60℃的烘箱中干燥2h。
[0017]步骤S2中，加热温度和搅拌速度分别为60℃和350rpm，搅拌时间为4h。
[0018]步骤S3中，开启静电纺丝机，将所述静电纺丝机进行预热，所述预热时间为30min。
[0019]所述静电纺丝机的工作参数为：推流速度为4mL/h，平移速度为500mm/min，接收距离为20cm，接收器为100r/min，正/负电压为+8.0kV/
‑
2.5kV。
[0020]所述水浴法去除所述静电纺丝纳米纤维膜中残留的有机溶剂，具体为：将所述静电纺丝纳米纤维膜浸泡在盛放有超纯水的容器中，同时不断更换所述容器内的超纯水，或
使用超纯水以缓慢的流速不停冲洗所述静电纺丝纳米纤维膜。
[0021]所述加热法去除所述静电纺丝纳米纤维膜中残留的有机溶剂，具体为：将所述静电纺丝纳米纤维膜置于真空烘箱中，设置一定温度，以不锈钢压板压制数小时。
[0022]步骤S5中，以差值称重法测试对胞外聚合物的回收效率，具体包括以下步骤：
[0023]S510、将干燥的50mL塑料离心管标号室温下称重；
[0024]S520、以塑料离心管收集胞外聚合物滤液，将收集的滤液置于
‑
50℃冰箱中冷冻；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于胞外聚合物浓缩回收的静电纺丝纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、称取一定量的聚偏氟乙烯粉末于30～70℃的烘箱中干燥1～3h，以去除多余水分，将烘干后的聚偏氟乙烯粉末和二甲基乙酰胺以及丙酮进行混合形成有机溶剂，其中，所述聚偏氟乙烯粉末在所述有机溶剂中的质量百分比为10～25wt％；S2、将所述有机溶剂置于水浴恒温加热锅中进行加热并搅拌，其中，加热温度和搅拌速度分别为50～70℃和250～750rpm，搅拌时间为3～5h，至聚偏氟乙烯粉末完全溶解且溶液透明澄清，得到均质聚偏氟乙烯纺丝液；S3、开启静电纺丝机，将所述静电纺丝机进行预热，所述预热时间为20～40min，设置实验温度24℃和实验湿度40％，将制备得到的聚偏氟乙烯纺丝液抽入注射器内，然后将所述注射器固定在所述静电纺丝机的给液装置上，选择相应的注射针头进行注射，通过所述静电纺丝机制备静电纺丝纳米纤维膜；S4、分别采用水浴法和加热法去除所述静电纺丝纳米纤维膜中残留的有机溶剂，然后采用超纯水对去除残留的有机溶剂后的静电纺丝纳米纤维膜进行过滤以获得稳定的膜通量，再以恒定压力进行定量超纯水过滤实验以测试膜阻抗；S5、以超纯水为溶剂，室温下配制一定浓度的胞外聚合物水溶液，设定搅拌时间及搅拌转速，以20kPa的恒定压力进行胞外聚合物水溶液的过滤，计算过滤膜通量，同时以差值称重法测试对胞外聚合物的回收效率；S6、称取一定量的胞外聚合物，溶于超纯水中以配制成胞外聚合物水溶液；分别将铅、铜、铬的重金属离子标准溶液以超纯水按相应的倍数稀释，得到10μM的重金属离子溶液；然后以静电纺丝纳米纤维膜为过滤基底，依次对胞外聚合物水溶液和重金属离子溶液于室温下恒压进行过滤，用于对胞外聚合物进行浓缩回收的同时，还可对重金属离子进行去除，以达到重金属回收的目的。2.根据权利要求1所述的用于胞外聚合物浓缩回收的静电纺丝纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤S1中，称取一定量的聚偏氟乙烯粉末于60℃的烘箱中干燥2h。3.根据权利要求1所述的用于胞外聚合物浓缩回收的静电纺丝纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤S2中，加热温度和搅拌速度分别为60℃和350rpm，搅拌时间为4h。4.根据权利要求1所述的用于胞外聚合物浓缩回收的静电纺丝纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤S3中，开启静电纺丝机，将所述静电纺丝机进行预热，所述预热时间为30min。5.根据权利要求1所述的用于胞外聚合物浓缩回收的静电纺丝...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹达啟，韩佳霖，刘辉，唐凯，刘小旦，郝晓地，
申请(专利权)人：北京建筑大学，
类型：发明
国别省市：