[发明专利]一种重金属吸附复合膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种重金属吸附复合膜及其制备方法，特别涉及一种具有“三明治结构”的重金属吸附复合膜及其制备方法。

背景技术

当前我国地表水体重金属污染问题十分突出，镉、铅、铜、汞、铬、镍等重金属超标现象非常严重。包括长江、黄河、珠江、湘江、海河、太湖等在内的各大江河湖库普遍受到不同程度的重金属污染。由于重金属具有高毒性、持久性和难降解性的特点，一旦进入人体，就很难去除，且会对人体产生致畸、致癌等多种危害，甚至可能造成对未来几代人的影响。当前，水体重金属污染问题已经引起我国政府和民众的高度关注。如何科学有效地治理被重金属污染的水体已经成为目前亟待解决的问题。

目前，国内治理被重金属污染的水体的主要措施有絮凝沉淀法和吸附法两种。絮凝沉淀法是通过先往水体中投放烧碱、石灰、硫化钠等沉淀剂，使水体中的重金属离子以难溶盐或氢氧化物沉淀的形式析出；然后投加絮凝剂（如聚合氯化铝、FeCl₃、Al₂(SO₄)₃、FeSO₄、明矾等），使产生的细小颗粒沉淀混凝在一起，形成不溶于水的大颗粒沉淀，通过重力沉降到河床的底泥里。絮凝沉淀法能够迅速降低水体中污染物的浓度，在点源污染治理中是比较成熟的技术，被普遍采用。但是，由于以难溶盐、氢氧化物等形式沉降到河床底泥里的重金属颗粒物还会慢慢地释放，存在二次污染隐患。只有将河道底泥挖出，才能彻底清除污染，这就造成后期处理成本较高、施工难度很大等问题。因而，在河流、湖泊等流域性水体重金属污染治理中，絮凝沉淀法是一种次优的选择。

吸附法是利用吸附剂材料的表面功能基团以及材料的高比表面积优势，将水体中的重金属离子等污染物吸附到材料上，从而达到从水体中彻底清除污染物的目的。吸附法工艺简单、效果稳定，既不产生二次污染，也不存在沉淀区河道底泥的处置等问题，尤其适合用于大流量、低浓度污染物的去除。吸附法已经成为目前国内外应对各类突发性水污染事件首选的应急处理技术。但是，传统的吸附材料（如：活性炭、活性氧化铝、沸石、非金属黏土矿等）多为粉体或者颗粒状物，用其处理河流、湖泊等流域性水体重金属污染时，污染物会随着吸附剂颗粒沉降到河床底泥中，从而产生与混凝沉淀法相同的二次污染和后处理困难等问题。

以膜材料为吸附剂治理水体重金属污染，具有操作方便、吸附速率快、后处理简单、吸附之后不需要进行过滤（只需将膜从水中打捞出即可）、无二次污染、可以通过调节聚合物膜的组分对其功能化、分离产物易于回收等优点。近年来，运用带有功能基团（如：羟基、氨基、巯基、羧基等）的聚合物膜材料吸附去除水体中的重金属离子受到研究者的广泛关注。

但是，当前国内所开发的吸附型膜材料在组成上多为单层膜，在构成膜的成分上多为单组分膜和双组分膜，少数是三组分或者多组分膜。例如：中国发明专利CN201110146164.1，2011.10.19所述的壳聚糖纳米纤维膜就是由壳聚糖这一单一组分所制备而成的单层膜，中国发明专利CN102671555A，2012.09.19所述的壳聚糖/聚乙烯醇混合膜和CN200710056397.6，2008.0903所述的聚乙烯醇/氨基聚合物重金属吸附膜都是由两种组分所制备而成的单层膜，文献“壳聚糖-海藻酸钠/聚丙烯腈聚离子复合膜渗透汽化分离乙酸乙酯水溶液，马晓华，许振良，魏永明，程亮，南京工业大学学报，2009，31（4）：65-68”所述的复合膜是由三种组分所制备的单层膜。从实际应用上看，单层膜材料在水体中长时间浸泡时容易出现膜中部分组分如壳聚糖等的溶解释出问题；而从膜的综合性能上看，三组分或者多组分膜的综合性能通常要优于单组分和双组分膜。

发明内容

本发明目的在于，针对现有技术中单层重金属吸附膜以及单组分、双组分重金属吸附膜材料自身的缺点，提供一种重金属吸附复合膜及其制备方法，该复合膜是由两层基膜和一层芯膜所组成，具有“三明治结构”，其芯膜是由三种组分所组成。该复合膜在水体中能够溶胀但不溶解，能够悬浮于水体中，能够吸附水体中的重金属离子，吸附饱和之后将膜直接从水体中打捞出来即可。该复合膜对水体中Cu²⁺、Cd²⁺、Pb²⁺、Hg²⁺等重金属离子的吸附容量大，去除效率高。负载Cu²⁺、Cd²⁺、Pb²⁺、Hg²⁺等重金属离子后的复合膜，可以用稀酸溶液进行脱附再生，膜的再生性能好。