[发明专利]吸附重金属离子的PVDF杂化平板膜

说明书

技术领域

本发明属于膜技术领域，特别涉及一种有机-无机杂化平板膜的制备技术。具体为一种以聚偏氟乙烯膜材料和凹凸棒土复合杂化制备的对重金属离子具有吸附功能的平板超滤分离膜。

背景技术

随着化学工业和冶金工业的快速发展，来自电解液、电镀液以及采矿、金属冶炼过程中产生的含有铅、铜、隔、铬、汞等重金属离子的废水污染正日趋严重，重金属废水污染已成为严重的环境和社会问题，是目前迫切需要解决的经济发展与环境健康、饮水安全方面的关键难题。

近年来，无机材料对重金属离子的吸附性能越来越受到研究学者的关注。部分无机矿物质材料造价低并且对重金属离子的吸附性能明显，在重金属离子吸附方面尤为引人注意，其中凹凸棒土是最具典型的一种。

凹凸棒土又称坡缕石(或称坡缕缟石)是一种天然非金属矿物质材料，足种具有链层状结构的含水富镁硅酸盐粘土矿物，典型化学式为Si₈Mg₆O₂₀(OH)₂(OH₂)₄·4H₂O，结构属2∶1型粘土矿物，在每个2∶1单位结构层中，四面体晶片角顶隔一定距离方向颠倒，形成层链状。在四面体条带间形成与链平行的通道，通道中充填沸石水和结晶水。其纤维结构一般包括三个层次：①基本结构单元为微棒状或纤维状单晶体，简称棒晶。②由单晶平行聚集而成的单晶束。③由晶束(包括棒晶)相互堆积而成的聚集体。凹凸棒土的特殊结构使其具有很大的比表面积，物理吸附能力很强。另一方面，凹凸棒土带有层面负电荷，在层间吸附了具有可交换性的阳离子以使电荷平衡，这样凹凸棒土就具有了较强的离子吸附交换能力。改性凹凸棒土具有很强的重金属离子吸附能力，可以应用在含重金属废水的处理应用中，并且凹凸棒土应用在含重金属废水处理中具有吸附处理效果好、成本低、应用广泛、再生简单等优点，具有很好的发展前景。

膜分离技术作为一种高新技术在工业废水处理领域已有广泛的研究和探索，由于其分离效率高、无相变、节能环保、设备简单、操作简便、无二次污染、分离产物易于回收、自动化程度高等优点，使其在水处理领域具有相当大的技术优势，已成为水处理领域中不可缺少的技术之一。目前，聚偏氟乙烯(PVDF)是一种综合性能优良的分离膜材料，其力学性能优良，具有良好的耐冲击性、耐磨性和耐切割性能，还具有压电性、介电性和热电性等特殊性能。PVDF的化学稳定性良好，在室温下不被酸、碱、强氧化剂和卤素所腐蚀，对脂肪烃、芳香烃、醇和醛等有机溶剂很稳定，在盐酸、硝酸、硫酸和稀、浓碱液(质量分数40％)中以及高达100℃温度下，其性能基本不变。另外，PVDF具有优异的抗γ射线、紫外线辐射和耐老化性能，其薄膜长期置于室外不变脆，不龟裂。

但是，PVDF分离膜对重金属离子没有吸附效果。目前在PVDF改性方面以及PVDF与无机物杂化分离膜研究和生产领域，用于重金属离子吸附型的分离膜研究鲜见报道，尤其利用无机矿物质凹凸棒土对重金属离子的吸附性，制备对重金属离子具有吸附功能的PVDF-凹凸棒土杂化分离膜的研究尚未见报道。

发明内容

针对现有PVDF分离膜应用于重金属离子吸附方面的不足，本发明拟解决的技术问题是提供一种吸附重金属离子的PVDF杂化平板膜；对铅、隔、镍、钼等重金属离子具有吸附功能。

本发明通过对无机矿物质凹凸棒土进行改性，然后均匀分散在铸膜液中，采用相转化法，刮制出对重金属离子具有吸附功能的杂化平板分离膜。

所述吸附重金属离子的PVDF杂化平板膜中含有改性凹凸棒土，所述PVDF与改性凹凸棒土的质量比为1∶0.01～1∶0.1，所述改性凹凸棒土粒径为300目～1000目；可用下述方法得到：

1.铸膜液的配制。称取PVDF加入放有N，N-二甲基甲酰胺(DMF)的容器中，加入聚乙二醇(PEG)。将上述容器置于50℃～70℃水浴中，搅拌溶解得到铸膜料液；向料液中加入改性凹凸棒土，使PVDF与改性凹凸棒土的质量比为1∶0.01～1∶0.1，充分搅拌和超声振荡使凹凸棒土均匀分散得到铸膜液；

2.PVDF-凹凸棒土杂化平板膜的制备。将铸膜液倾于玻璃板，用玻璃棒刮制成膜，浸入20℃～30℃的凝固浴恒温水槽中凝固成形，待膜从玻璃板上成形脱落后，再放置蒸馏水中24h～36h，蒸馏水洗净即得PVDF-凹凸棒土杂化平板膜。

所述步骤2中PVDF在DMF中质量百分比为15％～20％。

所述PEG分子量为10000；