[发明专利]一种水体除铯用表面改性膜的制备方法及应用

权利要求书

1.一种水体除铯用表面改性膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)取二氧化硅粉末于三口烧瓶中，加入无水甲苯，超声并逐滴加入氨基化试剂，之后在氮气保护回流条件下反应，离心分离沉淀，洗涤并真空干燥，制备出表面氨基化的二氧化硅(SiO₂)；

(2)将聚偏氟乙烯(PVDF)膜反复置于乙醇/正己烷混合溶液和超纯水中震荡30min，去除膜表面多余颗粒和有机污染物，其中乙醇和正己烷体积比为1:1；取出上一步膜放入含有1mol/L氢氧化钾(KOH)和2.5g/L的四丁基氟化铵(TBAF)溶液中，60℃恒温静置使膜表面羟基化；将上一步膜放入1mol/L硫酸氢钠(NaHSO₄)和0.001mol/L硫酸混合溶液中，40℃下恒温静置60min；将上一步膜放入浓度为0.5％Wt均苯三甲酰氯(TMC)的正己烷溶液中，25℃下恒温静置5min，使膜表面羟基与酰氯基发生酰化反应；将步骤(1)中浓度0.05-0.2％W/V的氨基化SiO₂超声分散15min于四氢呋喃溶液中，加入上一步中的膜，25℃下恒温静置45min，使氨基化SiO₂与膜表面酰氯基发生酰化反应；将上一步膜取出置于40℃烘箱内烘干，制得表面负载二氧化硅的膜SiO₂-g-PVDF；

(3)将SiO₂-g-PVDF改性膜逐片放入0.5mol/L氯化铁(FeCl₃)溶液中，25℃恒温条件下，振荡1-3h；将上一步膜放入0.1mol/L亚铁氰化钾(K₄Fe(CN)₆)溶液中，25℃恒温条件下，振荡3-6h；用超纯水清洗膜后，重复上述步骤，取出膜用超纯水冲洗表面不稳定的普鲁士蓝物质，40℃真空干燥后，制得普鲁士蓝表面改性膜PB-g-SiO₂-g-PVDF。

2.根据权利要求1所述的一种水体除铯用表面改性膜的制备方法，其特征在于步骤(1)中，所使用的二氧化硅材料的直径为50nm，加入无水甲苯之后，二氧化硅的浓度为1-2％W/V；氨基化试剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)，APTES逐滴滴入二氧化硅溶液中，APTES的滴加量为二氧化硅溶液中甲苯体积的2％；其余全部溶剂为无水甲苯，纯度99.9％及以上。

3.根据权利要求1所述的一种水体除铯用表面改性膜的制备方法，其特征在于步骤(1)中，二氧化硅放入甲苯后要超声分散30min，反应要在90-110℃之间进行，且体系处于氮气保护状态，搅拌速度在600-800rpm之间。

4.根据权利要求1所述的一种水体除铯用表面改性膜的制备方法，其特征在于步骤(1)中，离心速度为10000rpm，时间为10min，真空干燥温度为60℃，时间是8-10h。

5.根据权利要求1所述的一种水体除铯用表面改性膜的制备方法，其特征在于步骤(1)中，改性后的氨基化二氧化硅通过电极电位仪测定改性前后材料ζ电位变化，结果显示改性前后二氧化硅材料电位值由-30±10mV变为15±10mV，并且将改性SiO₂滴加茚三酮显色液70℃烘干呈蓝紫色，证明氨基化成功。

6.根据权利要求1所述的一种水体除铯用表面改性膜的制备方法，其特征在于步骤(2)中，膜放入均苯三甲酰氯之前要用滤纸吸干膜表面的水分。

7.根据权利要求1所述的一种水体除铯用表面改性膜的制备方法，其特征在于步骤(2)中，溶解氨基化SiO₂的四氢呋喃溶液纯度应高于99.9％，含水率低于0.1％。

8.根据权利要求1所述的一种水体除铯用表面改性膜的制备方法，其特征在于步骤(3)中，膜要交替放入两种溶液中，通过交替的次数和反应时间控制普鲁士蓝在膜表面的负载量。

9.根据权利要求1所述的一种水体除铯用表面改性膜的制备方法，其特征在于为测试膜的性能，将制备好的表面改性膜置于死端膜过滤装置中进行实验。