[发明专利]一种具有重金属离子吸附功能的超滤膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于膜技术领域，特别涉及一种具有重金属离子吸附功能的超滤膜及其制备方法。

背景技术

随着工业的迅猛发展和人民自身活动的增加，重金属通过矿山开采、金属冶炼、金属加工以及化工生产废水、化石燃料的燃烧、施用农药化肥与生活垃圾等的人为污染源，和地质侵蚀、风化等的自然污染源一并进入水源，造成了水源的重金属离子污染，而且污染量不断扩大，并已危害人民群众的生活。更进一步而言，污染的水源在用于农业灌溉后，重金属又会污染土壤，进而使农作物重金属含量超标，因此重金属污染的治理是一个严峻的课题。除了对重金属污染源的有效控制外，如何修复污染的水源，去除对人体健康有严重影响的重金属离子，是目前急需解决的一个重要问题。

目前，国内外使用的去除水体中重金属离子方法包括化学沉淀法、生物法、吸附法、离子交换法、膜分离法等。聚合物膜在进行水净化处理的同时吸附处理重金属离子有着明显的优势，其制备方法简单易行，吸附速度快，并且可以通过调节聚合物膜的组分对其功能化。CN101254457A公开了一种重金属离子吸附膜及其制备方法；CN102634054A公开了一种有效去除水体中微量重金属离子的改性聚合物膜材料的制备方法。以上两种方法都是利用膜表面功能性基团对重金属离子吸附达到将之去除的目的，效果虽好，但是制备工艺繁琐，成本较高，从而限制了其应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有重金属离子吸附功能的超滤膜及其制备方法，本发明提供的超滤膜具有良好的重金属离子吸附效果，其制备工艺简单，成本较低，容易再生，易于实现工业化生产，采用的技术方案如下：

一种具有重金属离子吸附功能的超滤膜，所述的超滤膜包括共混膜和多胺化合物改性层，所述的共混膜与多胺化合物改性层之间以共价键相连，所述的多胺化合物选自聚乙烯亚胺、聚烯丙基胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、五乙烯六胺、六乙烯七胺中的任意一种或任意二种以上的混合物，所述的共混膜包含聚合物和两亲共聚物，所述超滤膜中共混膜的质量百分数为85～98%，多胺化合物的质量百分数为2～15%，所述共混膜中聚合物占超滤膜的质量百分数为55～93%，两亲共聚物占超滤膜的质量百分数为5～30%。

本发明的超滤膜是通过将聚合物与两亲共聚物共混并随之进行表面改性得到的，首先通过给定配比的聚合物和两亲共聚物共混得到共混膜，膜和膜孔表面会有亲水链段富集，因此亲水链段上的亲水基团也就在膜和膜孔表面得到富集，在膜和膜孔的表面亲水基团与多胺化合物作用，使得膜和膜孔的表面具有大量配位用的胺基，增加对重金属离子的吸附量，而未参与反应的亲水基团，也可以作为配体和重金属离子配位来达到对重金属离子的吸附；同时，膜和膜孔表面的胺化反应可以进一步调整膜孔的孔径，而且依据对不同水质重金属离子的吸附量和水通量的要求，通过控制胺化反应的条件来调整膜的多胺化合物的量。所述的多胺化合物与共混膜以共价键相连，保证了多胺化合物层与共混膜连接的稳定性。本发明的超滤膜在水流过膜孔的过程中，可以同时实现对颗粒杂质的过滤截留和对重金属离子的吸附，从而提高效率，缩短运行时间，降低成本。由于胺基和亲水基团都在膜和膜孔的表面，易于实现对重金属离子的吸附和解吸，通过对吸附重金属离子后的膜进行后处理，使重金属离子从膜表面解离出来，实现膜的再生。

本发明的超滤膜中，共混膜的质量百分数为85～98%，多胺化合物的质量百分数为2～15%，所述共混膜中聚合物占超滤膜的质量百分数为55～93%，两亲共聚物占超滤膜的质量百分数为5～30%。上述聚合物和两亲共聚物的质量配比可以确保在共混和表面改性后，超滤膜在实际运行中具有足够的强度，同时膜表面有足够的亲水基团以进行下一步的表面改性，上述多胺化合物的质量配比可以保证超滤膜对重金属离子的吸附量，以及对超滤膜膜孔孔径的适当调节，以符合不同水质的需求。

进一步地，所述的两亲共聚物中亲水链段的长度占两亲共聚物链段总长度的20～80%，优选的，所述的两亲共聚物中亲水链段占两亲共聚物链段总长度的30～60%。适当的亲水链段占两亲共聚物链段总长度的比率可以保证相转化成膜后，亲水基团在膜表面由足够的富集量，以及两亲共聚物在膜中的保留率，亲水链段比率过高，容易造成两亲共聚物在成膜过程中的流失，亲水链段比率过低，则亲水基团在膜表面含量少，从而影响膜的后处理及重金属离子的吸附量。