[发明专利]吸附重金属离子型杂化平板分离膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于膜技术领域，特别涉及一种有机/无机杂化平板分离膜的制备技术，具体涉及一种对汞、铜、镉、镍、铬、铅等重金属离子具有高效吸附功能的聚偏氟乙烯/超支化凹凸棒土杂化分离膜及其制备方法，属于功能高分子膜技术领域。

背景技术

近年来，化学及冶金工业中含有铅、铜、镉、铬、汞等重金属离子的废水污染正日趋严重，重金属离子污染已成为严重的社会和环境问题，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。

在对含重金属离子的工业废水进行处理时，由于传统分离膜对重金属离子不具有有效的吸附作用，而要实现重金属离子的安全排放，需借助离子交换等辅助手段，或采用反渗透等复杂的工艺过程，处理成本高、过程复杂；此外，在传统的膜分离技术中，膜污染问题始终是其在工业领域深度应用的一个制约因素。因此，在工业废水领域开发具有对重金属离子吸附能力强，同时具有抗蛋白质、微生物等污染的分离膜具有广阔的应用前景。

有关重金属离子吸附的研究报道显示，无机矿物质材料因造价低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。凹凸棒土(ATP)作为一种天然非金属矿物质材料，是一种具有链层状结构的含水富镁硅酸盐粘土矿物，其特殊的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强的离子吸附交换能力，可以应用到含重金属离子的废水处理中。

但是，凹凸棒土在水中有很好的悬浮性，尽管其具有很好的吸附能力，对于水处理领域来说，粉末状的凹凸棒土无法直接投入水中使用，需要采取一定的方法进行处理。目前，较好的处理方法是采用一定的载体固载凹凸棒土，再投入水中使用。本发明人在前期发明中公开了一种吸附型高分子复合水凝胶的制备方法及其产品(专利号ZL201020595998.1)，利用高分子水凝胶作载体，固载凹凸棒土，从而很好地发挥凹凸棒土的吸附作用。另外，公开了一种对重金属离子吸附量大、吸附效率高的壳聚糖复合絮凝剂的制备方法及其产品(CN103274509A)。

针对凹凸棒土在分离膜领域的应用，本发明人在前期发明中公开了一种吸附重金属离子的PVDF杂化平板膜(专利号ZL201110254106.0)、一种重金属离子吸附型PVDF中空纤维膜(CN102527261A)、一种吸附重金属离子的复合中空纤维膜的制备方法及其产品(201310479297.X)和一种吸附重金属离子的复合平板膜的制备方法及其产品(201310479299.9)。

作为一种综合性能优良的分离膜材料，聚偏氟乙烯(PVDF)具有优异的力学性能、良好的耐冲击性、耐磨性和耐切割性能，已广泛应用于化工、电子、食品、纺织等领域。PVDF可以作为基膜承载无机凹凸棒土发挥吸附协同作用。然而，现存的凹凸棒土处理手段，无论是从物理上还是化学上，只是简单的改变了凹凸棒土无机粒子的形态和表面状态，改性方式也只是停留在线性分子改性，没有对其进行更深层次的加工和处理。改性后的凹凸棒土吸附能力虽有提高，但提高的幅度和改性后与基体的相容性方面，仍然存在很多问题。另外，吸附重金属离子后膜的可清洗效率低，膜重复使用方面不够完善。因此，如何提高凹凸棒土的重金属离子吸附能力，改善其在有机体系中的相容性及分散性，更高效发挥膜的重金属离子可吸附和可清洗，仍是该领域的一个难题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是提供一种吸附重金属离子型杂化平板分离膜及其制备方法，所述分离膜对汞、铜、铅、镉、镍、钼等重金属离子具有高效吸附作用。

本发明通过对无机矿物质凹凸棒土进行洗涤提纯，然后采用树状大分子聚酰胺-胺(PAMAM)对其进行超支化改性，制备出对重金属离子具有高吸附能力的一种吸附重金属离子用的PAMAM改性超支化凹凸棒土(ATP-PAMAM)。并且，ATP-PAMAM吸附重金属离子的能力随PAMAM超支化改性代数的增加而显著增大。

所述吸附重金属离子型杂化平板分离膜是以PVDF为成膜基质，将发散多步法制备的PAMAM超支化改性的凹凸棒土ATP-PAMAM作为吸附剂，将ATP-PAMAM均匀分散在PVDF铸膜液中，采用相转化法，刮制出对重金属离子具有高效吸附功能的杂化平板分离膜。所述吸附重金属离子型杂化平板分离膜吸附重金属离子后，可通过清洗液清洗高效回收吸附的重金属离子，膜可以重复使用。

本发明所述吸附重金属离子型杂化平板分离膜，具体制备步骤如下：