本发明专利技术公开了一种铅离子选择性吸附聚丙烯腈超滤膜及其制备方法和应用。所超滤膜包括支撑层和聚丙烯腈分离层，其中所述聚丙烯腈分离层中包含氨基磷酸类化合物表面修饰的纳米颗粒，所述纳米颗粒包括纳米颗粒核和聚多巴胺包覆层。本发明专利技术聚丙烯腈超滤膜稳定性好，对铅离子具有高效吸附效果，可广泛用于铅离子废水处理领域。处理领域。
【技术实现步骤摘要】
一种铅离子选择性吸附聚丙烯腈超滤膜及其制备方法和应用
[0001]本专利技术涉及膜
，具体地说，是涉及一种铅离子选择性吸附聚丙烯腈超滤膜及其制备方法和应用。
技术介绍
[0002]随着工业的迅速发展，产生了大量含有金属铅离子的工业废水。铅离子及其化合物具有很强的毒性，其进入人体后对神经、造血、消化、肾脏、心血管和内分泌等多个系统产生危害。目前常见的铅中毒大多属于轻度慢性铅中毒，主要病变是铅对体内金属离子和酶系统产生影响，引起植物神经功能紊乱、贫血、免疫力低下等。因此，在水资源中选择性去除某些重金属离子(如铅离子)一直是大家关注的焦点问题。由于铅离子会对人类的身体健康造成极大的危害，我国规定：采矿、选矿、冶金工业所排放的废水中总的铅离子的含量不得超过10μg/L。因此，如何有效地去除工业废水中以及民用水中的铅离子，成为环境和健康化学的研究热点，且关乎国计民生。目前，含铅离子工业废水的处理方法主要有：沉淀法、电解法、离子交换法、和吸附法。沉淀法虽然成本低、操作简单，但容易造成二次污染；电解法投资成本较高；离子交换法虽然操作简单，但仅适用于铅离子浓度较低的溶液，且会产生大量废弃树脂；吸附法处理效果好，但吸附容量小，价格较贵。膜吸附法操作方式简便、再生效果好、二次污染小、无相变化、能耗低，因此受到了格外青睐。
[0003]聚丙烯腈(PAN)耐一般溶剂、抗氧化、化学稳定性好，广泛用于超滤膜的制备，但PAN直接用于金属离子的吸附不具有选择性。共混法是最简单和常用的改性方法。如马军等人(CN102580560A)将亲水性处理的纳米材料分散到有机溶剂中，得到悬浮液，再将聚合物加入到悬浮液中，得到铸膜液，通过相转化制备分离膜，用于水处理领域。PAN共混无机纳米材料对金属离子进行选择性吸附的例子鲜有报道。
技术实现思路
[0004]本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种铅离子选择性吸附聚丙烯腈超滤膜及其制备方法和应用。本专利技术在制备铅离子的选择性选择性分离膜的过程中，通过选用多巴胺(DA)作为功能单体，在纳米颗粒表面自发聚合，制得表面具有大量氨基、儿茶酚结构的聚多巴胺层(PDA)包覆的纳米颗粒；其次将该聚多巴胺层与一定浓度的含有氨基磷酸结构的化合物溶液进行迈克尔加成反应，使得所述纳米颗粒表面修饰有氨基磷酸基团化合物；然后将制得的表面含有氨基磷酸结构的化合物改性的纳米颗粒与聚丙烯腈粉末共混制得铸膜液，采用非溶剂相转化法制备聚丙烯腈超滤膜。共混的改性纳米颗粒可以和铅离子产生强的配位键，提高膜材料对铅离子的选择性吸附作用。该方法操作简单，易于工业化生产。
[0005]本专利技术的目的之一为提供一种铅离子选择性吸附聚丙烯腈超滤膜，包括支撑层和聚丙烯腈分离层，其中所述聚丙烯腈分离层中包含氨基磷酸类化合物表面修饰的纳米颗粒，所述纳米颗粒包括纳米颗粒核和聚多巴胺包覆层。
[0006]根据本专利技术，对所述支撑层的材料没有特别的限定、可以为无纺布，所述无纺布支撑层可为常见的无纺布，优选包括聚酯无纺布、聚丙烯无纺布、聚乙烯无纺布等中的一种。
[0007]根据本专利技术，所述聚丙烯腈分离层为聚丙烯在支撑层表面以非溶剂相转化法形成非对称孔结构的分离层。
[0008]根据本专利技术，所述纳米颗粒包括纳米颗粒核和聚多巴胺包覆层，所述聚多巴胺包覆层的表面经过氨基和磷酸基团修饰，即为氨基磷酸类化合物修饰层。所述的聚多巴胺包覆层采用多巴胺在纳米颗粒表面自发聚合；所述的氨基磷酸类化合物修饰层通过氨基磷酸类化合物与聚多巴胺进行迈克尔加成反应的方法制备。
[0009]根据本专利技术，所述纳米颗粒为二氧化钛纳米颗粒、二氧化硅纳米颗粒、三氧化二铝纳米颗粒、四氧化三铁纳米颗粒、氧化石墨烯纳米颗粒中的一种。
[0010]根据本专利技术，所述氨基磷酸类化合物为含有氨基和磷酸基团的化合物，包括但不限于氨甲基膦酸、2
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氨基乙基磷酸、3
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氨基丙基磷酸、氨基三亚甲基膦酸、草甘膦、草铵膦等中的至少一种。
[0011]本专利技术的目的之二为提供所述铅离子选择性吸附聚丙烯腈超滤膜的制备方法，包括以下步骤：
[0012](1)将氨基磷酸类化合物表面修饰的纳米颗粒与聚丙烯腈分散至溶剂中，制得铸膜液；
[0013](2)将铸膜液涂覆在支撑层上，采用非溶剂相转化法制备聚丙烯腈分离层。
[0014]根据本专利技术，所述支撑层优选为常见的无纺布，包括聚酯无纺布，聚丙烯无纺布，聚乙烯无纺布等中的一种。
[0015]根据本专利技术，所述铸膜液中所述氨基磷酸类化合物表面修饰的纳米颗粒的含量为0.1～5wt％，优选为0.25～2.5wt％。
[0016]根据本专利技术，所述铸膜液中聚丙烯腈的固含量为5～25wt％，优选为8～16wt％。
[0017]根据本专利技术，所述聚丙烯腈分离层为聚丙烯在支撑层表面以非溶剂相转化法形成非对称孔结构的分离层。
[0018]根据本专利技术，步骤(1)中，所述溶剂优选为N,N
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二甲基甲酰胺或N,N
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二甲基乙酰胺。
[0019]根据本专利技术，所述氨基磷酸类化合物表面修饰的纳米颗粒通过以下步骤制备：
[0020](i)将纳米颗粒分散液加入多巴胺的溶液中，进行反应，清洗、干燥；
[0021](ii)将步骤(i)所得纳米颗粒分散在溶剂中，加入氨基磷酸类化合物进行反应，清洗、干燥。
[0022]根据本专利技术，所述含有氨基和磷酸基团的氨基磷酸类化合物包括但不限于氨甲基膦酸、2
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氨基乙基磷酸、3
‑
氨基丙基磷酸、氨基三亚甲基膦酸、草甘膦、草铵膦等中的至少一种。
[0023]根据本专利技术，所述步骤(i)中：
[0024]纳米颗粒分散液中纳米颗粒的浓度为1.0～5.0mg/mL，优选为1.0～2.5mg/mL；
[0025]多巴胺的溶液中多巴胺的浓度为0.2～3.0mg/ml，优选为0.2～2mg/mL；
[0026]所述分散液和溶液的溶剂为Tris
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HCl缓冲液，Tris
‑
HCl缓冲液的pH为8.0～10.0；
[0027]反应温度为20～50℃，优选为25～40℃；反应时间为4～24h，优选为6～24h。
[0028]根据本专利技术，所述步骤(ii)中：
[0029]纳米颗粒的浓度为0.5～5.0mg/mL，优选为1.0～2.5mg/mL；
[0030]氨基磷酸类化合物的浓度为0.5～5.0mg/mL，优选为1.0～2.5mg/mL；
[0031]溶剂为Tris
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HCl缓冲液，Tris
‑
HCl缓冲液的pH为8.0～10.0；
[0032]反应温度为30～65℃，优选为40～65℃；反应时间为4～12h，优选为4～10h。
[0033]根据本专利技术，步骤(2)中，将铸膜液涂覆在支撑层上后浸泡在非溶剂浴中，所述非溶剂为水。...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种铅离子选择性吸附聚丙烯腈超滤膜，包括支撑层和聚丙烯腈分离层，其中所述聚丙烯腈分离层中包含氨基磷酸类化合物表面修饰的纳米颗粒，所述纳米颗粒包括纳米颗粒核和聚多巴胺包覆层。2.根据权利要求1所的聚丙烯腈超滤膜，其特征在于：所述支撑层为无纺布，所述无纺布的材料优选为聚乙烯、聚丙烯、聚酯中的至少一种；和/或，所述纳米颗粒为二氧化钛纳米颗粒、二氧化硅纳米颗粒、三氧化二铝纳米颗粒、四氧化三铁纳米颗粒、氧化石墨烯纳米颗粒中的一种；和/或，所述氨基磷酸类化合物为含有氨基和磷酸基团的化合物，优选自氨甲基膦酸、2
‑
氨基乙基磷酸、3
‑
氨基丙基磷酸、氨基三亚甲基膦酸、草甘膦、草铵膦中的至少一种。3.一种根据权利要求1或2所述聚丙烯腈超滤膜的制备方法，包括以下步骤：(1)将氨基磷酸类化合物表面修饰的纳米颗粒与聚丙烯腈分散至溶剂中，制得铸膜液；(2)将铸膜液涂覆在支撑层上，采用非溶剂相转化法制备聚丙烯腈分离层。4.根据权利要求3所述聚丙烯腈超滤膜的制备方法，其特征在于铸膜液中：氨基磷酸类化合物表面修饰的纳米颗粒的含量为0.1～5wt％，优选为0.25～2.5wt％；聚丙烯腈的含量为5～25wt％，优选为8～16wt％。5.根据权利要求3所述聚丙烯腈超滤膜的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，将铸膜液涂覆在支撑层上后浸泡在非溶剂浴中，所述非溶剂为水。6.根据权利要求3所述聚丙烯腈超滤膜的制备方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵慕华，刘轶群，潘国元，张杨，于浩，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司北京化工研究院，
类型：发明
国别省市：
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