[发明专利]一种具有吸附功能的镶嵌分子筛的聚合物多孔膜

说明书

【技术领域】

本发明属于水处理与废水处理技术领域，涉及一种水体中污染物去除的吸附膜，特别涉及一种可以利用膜吸附过滤技术去除水体中重金属离子与氮磷污染物的聚合物多孔膜的制备方法。

【技术背景】

近来，湖泊海洋富营养化现象加剧、重金属水污染问题矛盾突出，不仅加剧了水资源的短缺，而且也直接影响到饮用水的安全，最终危害的是人类的健康。因此，有效去除水源中的重金属与氮磷污染是当今水处理技术面临的一项重要任务。

目前，国内外对废水中脱氮除磷技术已经做了大量的研究，目前废水的脱氮除磷方法主要有生物法、絮凝沉淀法和吸附法。但是这些方法都或多或少地存在着一些经济上或者技术上的问题。生物法反应时间长、流程复杂、管理要求高，受有毒物质影响，脱氮除磷效果不稳定、出水水质有时不能达标，因此有效深度脱氮除磷还是有一定的难度和限制。絮凝沉淀法主要缺点是需投加大量的絮凝剂、产生大量难于处理的污泥，导致运行成本高。

传统的处理重金属污染水源的各种方法都存在一些经济上或者技术上的难题。如化学法用于浓度比较高的重金属废水，缺点是受到环境条件的限制，处理后的废液往往达不到排放标准，产生的沉淀物或废渣容易造成二次污染；膜分离方法无相变、低能耗、无污染等优势，但在实际应用中主要有电渗析法、液膜法、反渗透法、纳滤法等，这些膜分离方法对生产技术要求较高，成本高。

中国专利CN10196164813B公开了一种去除重金属的膜吸附剂及其制备方法，利用膜中离子交换树脂可以吸附重金属的原理达到除去重金属的目的。尽管此类膜吸附剂静态吸附容量较高，由于离子交换树脂本身的瞬时吸附容量低造成此类吸附剂动态过滤吸附容量低，在实际应用时需要使用更多地膜才能达到要求。

因此，本研究任务是开发一种动态过滤去除污染物处理效率高、经济适用的吸附功能膜，为居民饮水安全提供保证方法是十分必要的。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述不足之处，提供一种新型的动态吸附容量大且去除污染物效果好的吸附膜及其制备方法。

发明了一种具有吸附功能的镶嵌分子筛的聚合物多孔膜，其特征为多孔膜基聚合物基质中均匀镶嵌分子筛功能颗粒，镶嵌组分与聚合物基质的质量比为10∶90～90∶10。所述的分子筛颗粒利用微米级分子筛颗粒功能基团的吸附作用达到吸附去除重金属与氮磷污染物目的。多孔膜基聚合物基质提供均匀分散镶嵌分子筛颗粒的位点与相互连通的物质传输受限空间通道，使分子筛颗粒周围有极其狭窄的多重纳微尺寸通道，强化了分子筛吸附传质过程，起到快速吸附与精密过滤净化双重功能。

本发明以微米级的分子筛颗粒为功能基，添加颗粒分散悬浮稳定剂制备对重金属离子具有选择吸附性能的分子筛颗粒均匀悬浮而不沉淀的聚合物铸膜液，通过相分离成膜方法将分子筛均匀镶嵌在聚合物多孔基质内，该膜表面具有开孔结构，纯水通量较高，重金属离子的动态吸附和截留性能良好等特点；该镶嵌分子筛的聚合物多孔膜制备方法具有快速，简单，原料来源广，成本低廉等特点。

本发明提供的有效去除水体中重金属离子与氮磷污染物的镶嵌分子筛的聚合物多孔膜是由下述铸膜液刮制而成的，添加颗粒分散悬浮稳定剂对制备分子筛均匀镶嵌在聚合物多孔基质中至关重要。所述铸膜液的质量百分比配方为：

所述的聚合物为聚醚砜(PES)、聚砜(PSf)、聚偏氟乙烯(PVDF)、乙烯-乙烯醇共聚物(EVAL)、磺化聚砜(SPS)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯氰(PAN)中一种或两种共混物；

所述的分子筛吸附材料可以是粉末状天然沸石与合成沸石，分子筛粒径在1～30μm之间，可以是粉末状分子筛X型、Y型、A型等类型中的至少一种；

所述的成孔添加剂为聚乙二醇(PEG)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)、单元醇类、甘油或阴离子型表面活性剂中的至少一种；

所述的颗粒分散悬浮稳定剂由硅烷偶联剂与增稠剂双组份构成。硅烷偶联剂为KH550，KH560，KH570，KH792，DL602，DL171中一种；增稠剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、羟甲基纤维素、聚氧乙烯中一种；

所述的溶剂为N，N二甲基乙酰胺(DMAC)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)或四氢呋喃(THF)中的至少一种；

本发明提供的有效去除水体中重金属离子与氮磷污染物的镶嵌分子筛的聚合物多孔膜的制备方法，包括如下步骤：